近年来，在全球气候变暖和高速城市化进程的背景下，城市热环境被认为是整个城市环境的主导要素之一，成为当前城市气候、环境研究的热点问题大量研究发现，城市中心地区近地面温度一般明显高于郊区及周边乡村，这一现象被称为城市热岛效应（Ur- ban Heat Island Effect）。城市热岛效应是在城市化的人为因素和局地天气气候条件的共同作用下形成的。人为因素以下垫面性质的改变、人为热和过量温室气体排放以及大气河染等为最重要；局地天气气候条件则以天气形势、风、云量等关系最大。许多学者对城市热岛效应的特征做了大量研究，得出了城市热岛效应与城市人为热量释放、下垫面性质和结构、植被覆盖、人口密度、天气状况等有密切关系，并且伴随着城市化进程的继续，城市热岛强度及其规模会口益加剧。研究表明154-1983年的30年里我国城市热岛强度普遍增加0.1℃，而珠江三角洲地区热岛强度的增幅更大，1995—2004年的增幅为0.4℃。
城市的规模及其扩展与城市热岛效应有密切关系，是城市热岛效应形成的主要原因。此外，城市的几何形状和地理位置与城市热岛强度存在明显的相关关系不利于通风、空气对流的城市地貌、不合理的城市布局、高密度和高负荷的建筑会导致城市通风不良，热量难以扩散，也有利于热岛效应的形成。城市街谷的结构对热岛也有重要的影响，城市不合理的道路设置和粗糙的下垫面会导致涡流加剧，废热迂回环流，城市热岛效应加强。
城市人口越多，热岛效应越明显。研究，1万人口的城市热岛强度可达0.11℃，10万人口的城市热岛强度可达0.32℃，100万人口的城市热岛强度可达0.91℃。即使是1000人的小城镇也能在长时间温度记录中观测到热岛效应的存在。城市人为热也就是人类活动产生的废热，主要来自机动车辆、工厂车间空调运转、居民烹饪及建筑物向外散发的热量等，对城市热岛的形成起分重要的作用据测定，城市冬季人为热释放量很大，甚至比太阳净辐射还大，如美国冬季旧金山的人为热最高达到75W/m2城市大量的能耗增加了大气层表面的温度，使热岛效应增强。
城市空气动力学与城市热岛效应紧密相关。一些研究认为，城市热岛随风速增大和云量增加而减弱，风速是影响城市热岛的主要因素。城市风速小，大气层结构稳定，不利于热量的散发，反而有利于热岛效应的形成。当表面大气风速较小或静风时，热岛效应明显有加强的趋势，典型的热岛环流也发生在弱风或静风、有强逆温的晴夜。严格地说，城市热岛只能发生在弱风的条件下。其他研究也认为，在天气晴朗、无风或微风的情况下，城市热岛的形成、发展及空间分布主要取决于下垫面介质和城市格局变化，城市人口和城市热岛的强度和范围呈现正相关关系，城市热源则对区域热岛强度有一定的影响（夏季除外）；如果出现大风的天气，热岛中心的变化则与风速、风向密切相关。
城市热岛效应是城市化对城市气候影响最典型的表现之一，其对城市公共健康、空气质量、能源消耗等方面已产生了深远的影响，降低了城市舒适度并增加了居民的经济负担。城市热岛的重直分布，使得空气污染物在一定高度不易扩散，加重污染。季城市热岛加剧了酷热，应用空调制冷所消耗的能量是十分可观的。研究表明，夏季城市温度每升高1℃，降温对能源的需求就要增加2％~4％。据美国能源部估计，美国为缓解热岛效应每年要多支出高达100亿美元的能源成本。热岛效应促使城市用于空调运转的耗能量（包括建筑物内、交通工具内等）上升，从而导致温室气体排放量增加，温室气体排放又直接加速全球变暖，气温进一步上升和空调的热排放反过来又使热岛效应进一步加剧，这两者之间已经形成了恶性循环。
城市扩展在很大程度上改变了城市下的热力学特征，对全球温度升高也有一定的影响。城市以建筑代替了原来的土地使用状况，引起了局地气候环境的重要变化，这是驱动全球气候变化的一个重要因子。统计分析证实，一些特大型城市年平均气温的增暖度明显大于全球平均变暖的幅度，即城市热岛效应的影响造成了评估全球气候变暖幅度的不确定性。人类活动主要通过土地利用变化以及温室气体和气溶胶排放对地面气温变化产生影响，城市化及城市热岛效应也可看作土地利用变化的一种局地表现形式。快速的城市化及其增强的城市热岛效应对我国多数地面台站记录的气候变哸具有明显的影响，在增温叨显的华北地区，19612000年城市化引起的年平均气温增加值达到0.44℃，占全部增温的38％，城市化引起的增温速率为0.11℃/（10a）。城市热岛还改变着其他城市气象，例如云和雾的发展、闪电的频率等。
不同下垫面能在不同程度上加剧或者缓解城市热岛效应。研究表明，植被能有效地缓解城市热岛效应。白天城区的商业区、机场和大型工厂等温度偏高，而城区中植被覆盖率高的居民区和公园温度则偏低。李延明等研究了北京城市绿化与城市热岛的消长关系，发现绿化盖率与热岛强度呈负相关，当绿化覆盖率大于30％时，绿地对热岛效应具有明显的削弱作用，绿化覆盖率超过50％时，热岛现象得到明显的缓解，规模大于3公顷且绿化覆盖率达到60％以上的集中绿地能够形成凉岛效应。徐骏等利用红外遥感研究了上海道路系统对城市热场的影响，发现拓宽城市道路并且增加道路绿化量能够有效缓解城市热场建议设计合理的城市交通系统来发挥道路的通风散热作用和绿地降温作用。