薄膜日光温室的热源主要来自太阳辐射。白天透入室内的太阳辐射到达地面、墙壁、骨架以及植物体和室内空气之后，少部分被反射掉，大部分被吸收，这些物体再以长波辐射热的形式交换、传递。温室内得到的热量与温室向外散出的热量是相等的，我们把这种关系叫做日光温室的热平衡。
白天，温室内地面吸收太阳辐射热后，使它的温度高于邻近的空气和下层土壤。于是，地面向下层土壤传热，使土壤升温蓄热，一部分热量在土壤中经过横向传导而将部分热量传递到室外土壤中去。覆盖物的缝隙和室温较高时通风换气过程，使室内热空气与室外冷空气进行对流交换，将空气中的热量（包括其中水蒸气所含的潜热）带出室外。地面和空气升温后，又以辐射和对流的形式向覆盖物的内表面传递热量使之升温。这些热量又以传导的方式在覆盖物的分子间传递，一部分热量被覆盖物本身蓄存下来;另一部分热量被传递到外表面，再以辐射和对流方式向外界空气散失热量。这种由室内向室外透过覆盖物(包括薄膜屋面、墙体和后屋面等)向外界散热过程包括辐射+对流-传导-辐射+对流三种传热方式的系列化传热过程，称之为贯流放热或透射放热。
夜间，盖上草苫之后，太阳辐射消失了，而室内地面辐射仍在不断进行，使地面温度逐渐降低。当地表温度低于下层土壤温度时，下层土壤中蓄存的热量就开始向地表传导，再从地表通过辐射和对流方式，把热量补充到温室空间中去。白天蓄积在墙体和后屋面内的热量，也能部分补充到室内空间中去，从而缓和了空气和地面降温。另外室内气温降低，使贯流放热量加大，同时由于夜间通风口已全部关闭，透明屋面覆盖了草苫和纸被等防寒物，又可以贯流放热和缝隙放热量，从而缓和了室温的下降。总之，温室是通过增加墙体、土壤等蓄热物体的释放热量和减少各种途径向室外散失热，来达到保持适宜的室温的。
