城市人口密度、工廠和車輛排熱、居民日常生活能量釋放、城市建築結構和下墊面特征的綜合影響是主要原因。熱島強度有明顯的日變化和季節變化。日變化夜間強，白天弱，最大值出現在晴朗無風的夜晚。上海觀測到的最大熱島強度在6℃以上。季節分布也與城市特點和氣候條件有關。北京冬季最強，夏季最弱，春秋居中。上海廣州10月最強。城鄉年平均溫差約為65438±0℃，如北京為0.7 ~ 65438±0.0℃，上海為0.5 ~ 65438±0.4℃，洛杉磯為0.5 ~ 65438±0.5℃。城市熱島可以影響近地層的溫度層結，並達到壹定的高度。城市白天以不穩定層結為主，農村地區夜間出現逆溫。水平溫差的存在，使城市中的暖空氣上升並向四周擴散到壹定高度，而附近的農村氣流則沿地面與城市下沈輻合，形成熱島環流，稱為“鄉村風”，這種流場在夜間尤為明顯。城市熱島也在壹定程度上影響城市空氣濕度、雲量和降水量。對植物的影響是提早發芽和開花，延遲落葉和休眠。
城市熱島效應是城市氣候的典型特征之壹。城市氣溫比郊區高是壹個現象。城市熱島的形成壹方面是現代大城市人們日常生活散發的熱量；另壹方面，城市內建築密集，瀝青、水泥路面比郊區的土壤、植被對應比熱容大(能吸收更多的熱量)，而反射率小，使得城市白天吸收和儲存的太陽能比郊區多，夜間城市內的溫度仍然比郊區高。城市熱島以市中心為中心，壹股較強的暖空氣流在此上升，而相對較冷的空氣在郊區上空下沈，從而形成郊區環流。在這種局地環流的作用下，空氣中的各種汙染物在城市上空聚集。沒有強冷空氣，城市空氣汙染會加重，人類的生存環境會被破壞，導致各種疾病甚至死亡。
熱島是人們改變城市地表而引起的小氣候變化的綜合現象，是城市氣候最明顯的特征之壹。由於城市化進程的加快，密集的城市建築、瀝青道路和水泥路面比郊區的土壤和植被具有更大的熱容量和吸熱率，使得城區儲存更多的熱量並輻射到周圍地區和大氣中，導致城區的溫度在同壹時間普遍高於周圍郊區。高溫的市區被低溫的郊區包圍，就像汪洋大海中的壹座孤島。這種現象被稱為城市熱島效應。
氣候條件是造成城市熱島效應的外因，而城市化是熱島形成的內因。壹般認為熱島效應有三個原因:
第壹，城市和郊區的地表性質不同，熱力性質差異較大。城區反射率低，吸熱多，蒸發耗熱量少，導熱快，輻射熱損失慢，郊區正好相反；
二是市區排放的人為熱量大於郊區；
三是城區空氣汙染物濃度高，氣溶膠顆粒多，在壹定程度上起到保溫作用。
空氣汙染在城市熱島效應中起著非常復雜和特殊的作用。來自工業生產、運輸和日常生活的空氣汙染物在城市地區的濃度特別高。它像壹張厚厚的毯子覆蓋了整個城市。白天，它大大減弱了太陽的直接輻射，減緩了城市地區的升溫，有時還會產生城市的“孤島”效應。到了晚上，會大大減少有效長波輻射對城市地表造成的熱量損失，起到保溫作用，使城市比郊區“涼”得慢，形成夜間熱島現象。