現代化城市總是與密集的高樓大廈、廣布的公用設施、林立的煙囪和縱橫交錯的柏油街道相聯系。這樣的結構多半導熱性好，受熱傳熱快。白天，在太陽的輻射下，結構面很快升溫，滾燙的路面、墻壁、屋頂把高溫很快傳給大氣；日落后，加熱的地面、建筑物仍緩慢地向市區空氣中播散熱量。此外，人口密集、耗能集中、排熱量大，也使氣溫上升。因而，市區的氣溫常常明顯高于郊區。眾多的城市猶如一個個“熱島”，散布在廣闊的大地上。據世界上20多個城市的統計，城市的年平均氣溫比郊區高0.3～1.8℃。例如，北京和南京市內的氣溫都比郊區高0.7℃；貴陽則高0.4～0.5℃；杭州高0.4℃。每到夏季，城市氣溫升得更高。1963年的一次實測，證明杭州市內官巷的氣溫比近郊的杭州大學高3.2℃，比蘇堤高3.9℃。

城市“熱島”氣候是一種利少弊多的現象。市區溫度高，周圍地區的冷空氣就會向市區匯流，結果把郊區工廠的煙塵和由市區擴散到郊區的污染物又重聚集到市區上空，久久不能消散。對于諸如我國長江流域的城市來說，“熱島”氣候使夏季的市區更加悶熱難耐，嚴重影響人們的工作效率和身體健康。

在城市環境中，除了溫度升高之外，濕度也比郊區低。堅硬的路面、屋頂，不易存水，良好的排水系統又將雨水很快排定，因而市區的蒸發量大為減少，空氣要比周圍地區干燥。據歐洲的一些城市調查，其相對濕度比郊區低4%～6%。我國南京城內的相對濕度比郊區低3%，杭州低6%，貴陽低4%。在炎夏季節，最大相對濕度甚至達28%。隨著城市的擴大和“熱島”氣候的強化，城市不僅熱，而且越來越干燥，逐漸成為不適于人生活的地方。

城市特殊氣候的形成與空氣污染亦有很大關系。城市上空煙塵的增加，不僅使太陽輻射減弱，而且在有煙塵時，空氣中凝集水氣的“凝結核”大大增多，容易形成霧。英國倫敦在1871～1910年內，人口增長了200萬，霧日隨著增加46%。南京市內年平均霧日也比郊區多32%，尤其在冬季較多80%以上。此外，露還招致云和雨的形成，從而陰天增多晴天減少。據統計，匈牙利的布達佩斯從1861年起，隨著城市的不斷發展，年平均晴天日數減少18天，陰天日數則增加41天。