在城市的特殊下墊面和城市中人類活動的影響下形成的一種異於城市周圍地區的局地氣候。形成這種氣候的主要原因是：①城市建築物、瀝青或水泥路面等代替瞭絕大部分植被；②城市居民的生產和生活活動給城市增添瞭大量熱源；③城市工業和交通運輸排放出大量煙塵粒和微粒等。城市氣候的主要特點如下：
①氣溫高。以瀝青、水泥和磚石等為主的下墊面具有較大導熱率和熱容量，房屋建築物又增大受熱面積，使城市白天吸收和積蓄更多的太陽輻射能；城市中排水迅速，下下墊面大都不吸水，不透水，使耗於蒸發的熱量大為減少，而耗於湍流交換的熱量增加；城市生產和生活活動釋放熱量；城市上空由於塵粒、水汽和二氧化碳氣體等的被覆作用使夜間長波輻射減少，下墊面冷卻速度減慢。這些都使城市氣溫提高。由於城市氣溫高於周圍地區，使城市形成一個暖中心，稱為城市熱島。這種現象一年四季都存在，在中、高緯度地區大城市的冬天尤為明顯。因此，市區的嚴寒、霜凍日數比郊區少，無霜期長，有時還發生市區降雨、郊區降雪的情況。
②濕度低。城市的氣溫高（地面蒸發少，空氣相對濕度比周圍地區低。例如，東京、倫敦等市區年平均相對濕度比郊區低5％左右。就絕對濕度而言，市區一般隻略低於郊區。
③風速小。市區建築物密集，增大瞭下墊面粗糙度，風速一般小於郊區。通常市區年平均風速比郊區小20～30％，陣風(最大風速)減小10～20％，靜風頻率則增加5～20％。但是，城市中由於狹管效應造成的“弄堂風”可比自然風速大得多。由於熱島效應，市區氣壓比郊區低，在沒有其他天氣系統影響下，大城市周圍常發生由郊區向市區輻合的特殊風系，這種風系稱為熱島環流或鄉村風。但是，當自然風速較大時，這種風便被破壞而消失。
④太陽輻射弱。由於市區大氣中含有大量塵粒，使年平均太陽輻射總量約比郊區減少15～20％。高緯度冬季陽光斜射，這種影響尤其嚴重，使市區的紫外線比郊區甚至少30％，日照時數大約減少5～15％。
⑤能見度差。城市大氣中含有大量塵粒，大氣凝結核濃度大，霧日多，使市區大氣能見度降低。城市大氣中含較多的吸濕性微粒，在70％的相對濕度下，就能使水汽在其上發生凝結，霧日增多。例如，上海有霧時，郊區相對濕度一般在98％以上，而市區霧中僅80～86％。但是另一方面，市區凝結核多，不易形成大水滴，因此濃霧日數反有減少。
⑥降水多。城市熱島效應增強瞭空氣的熱對流，下墊面粗糙度大，增強大氣湍流，使市區上升氣流加強，加之城市大氣中起冰核作用的凝結核多，這些都有利於增加城市的降水。但是，也有人認為，城市大氣中凝結核過多，造成雲多霧多，卻不利於形成足以降到地面的大雨滴，這是降水的不利條件。根據歐洲和北美資料，許多大城市市區年降水量約比郊區多5～10％，小於5毫米的降水日數增加10％。由於市區氣溫較高，降雪比郊區少5～10％，城市雨量最多的地區，常發生在盛行氣流的下風方向。