一個地區（主要指城市地區）由於人口稠密、工業集中造成溫度高於周圍地區的現象。如美國洛杉磯市區溫度的年平均值比周圍農村約高0.5～1.5℃。城市溫度的分佈一般是工商業和人口集中的市中心區域溫度最高，隨著同市中心距離的增加，溫度不斷下降，至城市郊區，溫度則同周圍農村相近。
熱島現象可以造成局部地區的氣象異常。最明顯的如城市大氣溫度較高，空氣上升，郊區農村的冷空氣就流入城市。城鄉之間空氣的這種熱對流，在夜間尤為明顯，稱為“城市市風”。城市溫度較高，還會造成城市上空的雲量和城市的降水量增加。如有的大城市的降水量平均較郊區農村高5～10％；在個別情況下，甚至高30％左右。