Je nach Ort und Zeit ist die Wahrnehmung der Sonnenstrahlung durch das Klima oder weitere Bedingungen beeinflusst. Erreicht das Licht ungehindert durch Wolken die Erdoberfläche, herrscht dort Sonnenschein. Dieses Licht wird auch Direktstrahlung genannt. Licht, das über Reflexion an Wolken, Wasser- und Staubteilchen die Erdoberfläche erreicht, erzeugt die Diffusstrahlung. Diffusstrahlung und Direktstrahlung an einem Ort ergeben zusammen die dort einfallende Globalstrahlung. Diese weist erheblich größere Schwankungen als die Solarkonstante auf und ist nur für einen bestimmten Ort der Erdoberfläche zu einem Zeitpunkt messbar.
Unter Globalstrahlung versteht man die Summe der an einem Ort eintreffenden Solarstrahlung. Sie setzt sich zusammen aus der auf direktem Weg eintreffenden Solarstrahlung, der Direktstrahlung und der Strahlung, die über Reflexion an Wolken, Wasser- und Staubteilchen die Erdoberfläche erreicht, die Diffusstrahlung. Gäbe es keine Erdatmosphäre, würde sich der Wert der Globalstrahlung aus geometrischen Gründen zu einem Viertel der Solarkonstante, also 342 W/m², ergeben, wenn man über die gesamte Erdoberfläche mittelt. Von der Globalstrahlung zu unterscheiden ist die klimatologisch wichtige Nettostrahlung, die die absorbierte Sonnenstrahlung angibt, d. h. abzüglich des reflektierten Anteils, der Albedo, siehe Strahlungshaushalt der Erde.

Gemessen wird die Globalstrahlung in der Einheit der Bestrahlungsstärke, Watt pro Quadratmeter (W/m²). Oft findet man für Globalstrahlung im Jahremittel aber die Nicht-SI-Einheit kWh/(m²*a)

Die Globalstrahlung erreicht bei wolkenlosem Himmel im Sommer in Mitteleuropa etwa 1000 W/m². Bei trübem, wolkigem Wetter besteht sie nur aus dem Diffusstrahlungsanteil und ihr Wert sinkt auf Werte unter 100 W/m². Ab einem Wert von 120 W/m² spricht man von Sonnenschein.

Ein Globalstrahlungssensor oder Pyranometer misst den Momentanwert der Strahlung (ausgegeben meist in W/m²). Durch Summierung über bestimmte Zeiträume, beispielsweise Stunden, Tage oder Jahre, ergibt sich daraus ein Energieertrag, der in kWh/m² gemessen wird, und auf den aufsummierten Zeitraum bezogen sein kann. Tageserträge werden in kWh/(m² · d) angegeben; daraus lässt sich dann wieder eine mittlere Tageseinstrahlung in W/m² errechnen.

In Deutschland liegt die eingestrahlte Sonnenenergie im Jahresmittel zwischen 900 und 1200 kWh pro m² und Jahr auf eine horizontale Fläche, das entspricht ca. 100 bis 135 W/m². Die Werte liegen dabei, abgesehen von Beeinflussungen durch lokale Wettergegebenheiten höher, je mehr man sich dem Äquator (siehe Ekliptik) nähert, also sind sie im Süden des Landes höher als im Norden. Auch die Höhe über dem Meeresspiegel, also die Dicke der Atmosphäre (Air Mass), die die Sonne durchdringen muss, beeinflusst diesen Wert.

In Spanien beträgt die Globalstrahlung etwa 2000 kWh/(m²*a) (230 W/m²), in der Sahara 2500 kWh/(m²*a) (285 W/m²).