La temperatura de la superfície de Titan és d'uns 94 K (−179,2 °C). A aquesta temperatura, el gel d'aigua té una pressió de vapor extremadament baixa, de manera que el vapor d'aigua present sembla limitat a l'estratosfera. Titan rep aproximadament l'1% de la llum solar que la Terra. Abans que la llum del Sol arribi a la superfície, al voltant del 90% ha estat absorbit per l'atmosfera gruixuda, deixant només el 0,1% de la quantitat de llum que la Terra rep. El metà atmosfèric crea un efecte d'hivernacle a la superfície de Titan, sense el qual Titan seria molt més fred. A la inversa, la boira a l'atmosfera de Titan contribueix a un efecte anti-hivernacle reflectint la llum solar cap a l'espai, cancel·lant una part de l'efecte d'hivernacle i fent que la seva superfície sigui significativament més freda que la seva atmosfera superior.
94 K