La temperatura del aire disminuye con la altitud debido a que hay mayor distancia desde la fuente de calor que representa la superficie terrestre, la cual, obviamente desprende más calor en verano que en invierno, En los meses estivales el aire cercano a la superficie terrestre se calienta más que en invierno, por lo que se expande con más facilidad desplazándose hacia arriba, el aire frío desciende porque es más pesado originándose una corriente de aire (desplazamiento vertical) que dispersa los contaminantes generados en una ciudad, este patrón constituye un patrón térmico normal.
Por el contrario, en los meses de invierno es frecuente que por la noche y en las mañanas, el aire cercano a la superficie terrestre se enfrié mas que el aire ubicado en un estrato superior, situación que conlleva a una inversión térmica. La circulación vertical de aire se ve inhibida o disminuida, produciendo un estancamiento de la masa de aire que está en contacto con la superficie terrestre (que está muy fría) con la consiguiente acumulación de los contaminantes emitidos en una ciudad.
En otras palabras, El aire caliente sube, el aire frío baja. En la inversión térmica, la capa de aire que esté en contacto con la superficie terrestre fría, es más pesado, está enfriado por la superficie terrestre y no ascenderá, el aire que está por encima de esta capa fría se encuentra menos frío (o más caliente) no descenderá e impedirá la ascensión de la capa de aire ubicada en la parte de abajo. Esto ocasiona una inversión térmica en la que no hay dispersión de contaminantes al no haber el desplazamiento vertical de masa de aire.
Las inversiones térmicas se presentan, entre otras ciudades, en La zona metropolitana del valle de México, en México y Santiago en Chile.
