天宫空间站外壳昼夜温差大的原因主要是由于太阳辐射和地球自转导致的。

在白天，太阳能电池板会收集能量并转化为电能，供给舱内的设备使用。同时，部分热量也会被带到太空中去，使空间站温度升高。而到了夜晚，没有阳光照射后，失重的特点使得热对流几乎不存在，因此内外空间里的空气基本上处于一个静止状态，导致内部温度显著低于外部温度，产生了巨大的温差。

此外，在空间站建造阶段，神舟飞船径向对接的模式与空间站组合体飞行姿态的任务特点，会使飞船被其他舱体持续遮挡，造成飞船长时间处于太阳无法照射的极低温度环境下，最低温度甚至低于零下100摄氏度。而当空间站处于某些构型时，飞船的局部区域又会持续受到太阳辐照，最高温度超过100摄氏度。