错综复杂的农田小气候常通过农田中不同作物群体结构内辐射、温度、湿度、风和
二氧化碳等农业气象要素的变化反映其主要特征。在作物生长发育的盛期（如谷类作物的抽穗期），这种特征的反映往往更为典型。这是因为作物群体结构、农田活动层及其边界层到这时才得到充分发展，因而由蒸腾作用、
光合作用、呼吸作用等生物学过程所引起的作物与土壤、空气之间的水汽、二氧化碳等物质交换，以及作物层辐射能、热能的能量转化等物理学过程，最为旺盛和突出。
光和辐射 太阳光进入农田作物层中，受到茎叶层层削弱,有些被吸收，有些被反射，部分透过第1层叶片，进入第 2层之后又被反射和吸收，部分则经过从茎叶空隙直达地面。作物茎叶对太阳光能进行多次反射和吸收。透射的强弱程度与作物本身的生育状况和群体结构有关，后者也反过来影响作物的生长发育。
在作物生长发育的盛期，不同高度上单位体积内的茎叶
表面积数量表现为上层多、下层少；上层茎叶密集，遮挡了大量的直射光透入下层。茎叶对光能的削弱作用，也是上层显著，下层较差。总辐射、直接辐射和漫射辐射的铅直分布趋势基本相似，都是从上往下递减，并且都在开始时递减缓慢，通过枝叶密集的作物群体上层时递减迅速，到了下层递减速度又减慢。晴天农田各个高度上太阳辐射的日变化基本一致，均为早晚弱而中午强；但是量值变化白天在各个高度上却存在差异；高度越高
光照强度越大，反之则越小。
温度 农田作物层中的空气温度，主要决定于作物群体结构内不同茎叶层透入太阳辐射和湍流交换（影响水汽和热量输送）强弱的对比关系。在作物群体密度大的情况下，由于作物群体内辐射被削弱，作物层内白天的空气温度与裸地比较相对较低，夜间则相对较高。如作物密度不大，则在其对湍流的削弱作用大于对辐射的削弱作用情况下，作物层中的温度在夜间就可能相对高些。由于不同作物和不同生育期农田小气候的物理学和生物学基础不一，农田上温度的铅直分布情况有相当的差异。
生长发育初期和后期 在初期，作物茎矮叶小，植株覆盖面积少且分布稀疏，白天和夜间空气温度的铅直分布几乎与裸地一样，即白天呈温度由地面向上递减的日射型分布，夜间呈温度随高度增加而相应上升的辐射型分布。到作物成熟的生长发育后期，禾谷类作物茎叶枯黄，阳光透达地面，植株蒸腾减弱，农田空气温度的铅直分布又几乎回复到生长发育初期的状况。水平阔叶作物（如棉花地）的情况有所不同，白天空气温度铅直分布廓线的最高点并不出现在地面，而是在植株顶部的叶面附近，夜间温度廓线的最低点却仍在地面。
生长发育盛期 这一时期,作物封行,枝繁叶茂，形成小气候的因子变化频繁，温度铅直分布情况也较为复杂，白天和夜间温度的分布曲线正好相反。在作物茎叶密集层的上部，亦即邻近外活动面之外，白天获得太阳辐射热量较多,而湍流较弱，蒸腾也较小,温度铅直廓线上的最高值就出现在这一部位。到了夜间，农田冷空气既不能停滞在作物顶部，也不会下沉到作物保护下的地面，而是积聚在作物层中某一高度上。这一高度既是作物层上表面下沉的冷空气汇集之处，又是株间空气受作物本身辐射最显著的地方。其温度是铅直廓线上的最低值，其向上、向下的温度都是递增的。白天农田内温度廓线上的最低值大多出现在茎叶密集层内，这是因为这个部位所得到的热量本来就不如上层多，且大量也消耗在作物蒸腾上，用于提高空气温度的热量相对较少。出现最高值和最低值的部位，一般都有位移现象，即随着植株高度和密度两者的增加相应抬升。
温度在水田上的分布情况和旱地有异。这种差别在贴近水面的气层内，表现得最为明显。在水田中，白天铅直分布的特点同旱地一样，也有一个温度铅直分布的最高点处在某高度上。在此高度以上，温度铅直分布趋势同旱地基本相似，也呈日射型分布，但在此高度以下，由于水体蒸发耗热和对太阳辐射的减弱作用，温度呈辐射型分布，类似裸地夜间温度分布情况。夜间，植株上层空气虽然较冷，而贴近水面的空气温度仍较高，温度铅直分布的形式恰与白天相反，即下部呈日射型，上部略呈辐射型。
湿度 农田中的
空气湿度状况主要取决于农田蒸散(即土壤蒸发和植物蒸腾之和)和大气湿度两个因素。农田作物层内土壤蒸发和植物蒸腾的水汽，往往因为株间湍流交换的减弱而不易散逸，故与裸地比较农田中的空气湿度一般相对较高。
绝对湿度 绝对湿度铅直分布情况同温度近似。在植物蒸腾面不大、土壤或水面蒸发为农田蒸散主要组成部分的情况下，农田中绝对湿度的铅直分布，均呈白天随离地面高度的增加而减少，夜间则随高度而递增的趋势。在作物生长发育的盛期，作物茎叶密集，植物蒸腾在农田蒸散中占主导地位，绝对湿度的铅直分布就有变化。邻近外活动面的部位，在白天是主要蒸腾面，因而中午时分绝对湿度高；到了夜间，这一部位常有大量的露和霜出现，绝对湿度就低。
相对湿度 农田中相对湿度的铅直分布比较复杂，它取决于绝对湿度和温度。一般在作物生长发育初期，不论白天和夜间，相对湿度都是随高度的升高而降低。到生长发育盛期，白天在茎叶密集的外活动面附近，相对湿度最高，地面附近次之；夜间外活动面和内活动面的气温都较低，作物层中各高度上的相对湿度都很接近。生长发育后期白天的情况和盛期相近，但夜间由于地面气温低，最大相对湿度又出现在这里。
水田中湿度铅直分布相对比较简单，不论白天和夜间绝对湿度都随高度增加而降低；相对湿度在白天和绝对湿度的分布一致，夜间则相反。
风 农田中的风速与作物群体结构的植株密度关系很大。由于植株阻挡，摩擦作用使农田中的风速相对较小。从风速的水平分布看，风速由农田边行向农田中部不断减弱，最初减弱很快，以后减慢，到达一定距离后不再变化。从铅直方向看，风速在作物层中茎叶稠密部位受到较大削弱；顶部和下部茎叶稀少，风速较大；离边行较远的地方的作物层下部风速较小。
二氧化碳 农田二氧化碳的状况，决定于农田湍流交换强度、大气中二氧化碳含量和土壤释放二氧化碳数量 3方面的因素。作物层内二氧化碳浓度在叶面积密度最大层次附近为最低。在白天，农田二氧化碳由作物层上部向下和由地面向上输送。