L'inversione termica è un particolare fenomeno atmosferico e meteorologico.
Normalmente, all'aumentare della quota altimetrica la temperatura dell'aria diminuisce, perché, al contatto con il suolo l'aria si riscalda e tende a diminuire il suo peso specifico e ad alzarsi.
Questo ha come risultato che, una volta riscaldata e salita di quota, l'aria è sottoposta a una pressione inferiore, essa pertanto si espande e si raffredda nuovamente. La temperatura del suolo e quella dell'aria sono dunque in ogni caso strettamente legate.
Durante un'inversione termica accade il fenomeno opposto: salendo, l'aria si riscalda, invece di raffreddarsi. Ciò può accadere sia in quota che al suolo.
L'inversione termica genera aria è fortemente stabile, quindi blocca ogni rimescolamento verticale.
Le inversioni termiche al suolo sono più frequenti durante la stagione invernale durante i periodi di alta pressione e scarsa circolazione dell'aria. Durante le notti serene e con assenza di vento a causa della rapida perdita di calore degli strati prossimi al suolo si forma un cuscinetto di aria gelida a basse quote. Durante il giorno i raggi solari non riescono tuttavia a riscaldare il suolo sia per la loro ridotta inclinazione sia per la corta durata delle giornate, sia infine spesso a causa della neve che riflette la luce (fenomeno detto "albedo"), l'aria a contatto con il terreno si raffredda dunque molto rapidamente, raggiungendo temperature inferiori rispetto agli strati sovrastanti. La temperatura risulta quindi più bassa in pianura che in montagna. Il fenomeno può essere accompagnato dalla formazione di nebbia fitta e persistente o smog nello strato di aria fredda bloccato a basse quote.