逆温现象是指气温随高度的增加而升高的现象。导致逆温现象发生的原因有很多，主要是地面辐射冷却和空气下沉。在晴朗无风或微风的夜晚，地面很快辐射冷却，贴近地面的大气层也随之降温。由于空气愈靠近地面，受地面的影响愈大，所以离地面愈近，降温愈多；离地面愈远，降温愈少，因而形成了自地面开始的逆温。一般日出后，太阳辐射逐渐增强，地面很快增温，逆温便逐渐自下而上消失。夏季夜短，逆温层较薄，消失也快，冬季夜长，逆温层较厚，消失较慢。
空气下沉常发生在山地。山坡上的冷空气沿山坡下沉到谷底，谷底原来的较暖空气被冷空气抬挤上升，从而出现温度的倒置现象。这样的逆温主要是在一定的地形条件下形成的，所以又称为地形逆温。
暖空气上升，扩散污染物；由于逆温现象，压在冷空气上面的暖空气层阻碍污染物上升和进行扩散，出现“逆温”现象。逆温层是大气稳定度范畴的一种现象，它与大气污染的状况及程度有十分密切的关系。在白天，太阳辐射使地面温度上升，靠近地面的大气温度也随之升高，空气密度在温度的影响下也比上空的小。轻的空气在下，重的空气在上，容易使上下空气对流扰动。此时的大气处于不稳定状态，向空气中排放的污染物就容易稀释。但是当夜幕降临之后，情况则有所不同，随着地面热量很快向外辐射结束，地表冷却，温度下降，靠近地面的温度比上空的空气温度低，称为逆温。这时重的空气在下，轻的空气在上，很难使大气发生上下交换，大气处于稳定状态。这种逆温层的厚度，可达几十米以至几百米，就像一个大盖子一样笼罩大地，阻止地面气流的上升运动，使污染物停留在靠近地面的冷空气中，导致污染物集聚到高浓度而造成大气严重污染。
除逆温现象之外，风与地形状况也对污染的形成和持续时间有直接关系。地形的不同，地面状况（水面、陆地、植被、城市等）的差异，直接影响污染物的输送和扩散过程。如山区的山谷风，滨海地区的海陆风，以及城市的热岛效应等，都会对该地区的大气污染状况发生影响。在山间谷地和盆地区域，污染物不易扩散，常在谷地和坡地上回旋；夜间，由于谷底气流平静，冷空气下沉，暖空气上升，易出现逆温，整个谷地在逆温层覆盖下，污染物弥漫，经久不散，易形成严重污染。世界上较大的几次烟雾公害事件如“比利时马斯河谷事件”、“美国多诺拉事件”、“英国伦敦事件”、“美国洛杉矶事件”都发生在山谷、河谷或沿海盆地中。在这类地貌条件下，烟雾停留时间长，造成严重的危害。
