众所周知，在一般情况下，气温是随着海拔高度的增加而降低的——平均每上升100米，温度约降低0.6摄氏度，这样大气低层温度高、空气密度小；高层温度低，空气密度相对较大，造成了“头重脚轻”的现象，这样大气层结就不稳定，容易上下翻滚而形成对流，就会使低层特别是近地面层空气中的污染物和粉尘向高空移散，从而减轻在大气低层污染程度。

但我国属季风气候，冬季冷空气活动频繁。当冷空气入侵某地时，近地层空气温度就会很低，这样便容易出现气温随高度增加而升高的现象，导致空气“脚重头轻”。气象学称这种现象叫“逆温”，发生逆温的大气层叫“逆温层”。逆温层的厚度可从几十米到几百米，它就像一层厚厚的被子盖在地面上，携带污染物的空气向上扩散时“无路可走”，只好向下蔓延，从而加重了大气污染。

冬季出现逆温层时，近地层空气中含有大量的污染微粒（工矿城市尤其如此），对人体健康非常有害。例如，当近地层二氧化硫浓度（单位：PPM）达到1.0时，人的胸部就略略有压迫感；达到10.0时，鼻腔就会有刺激感；达到30.0时，就会不由自主地咳嗽；达到100.0时，就会打喷嚏、流眼泪；达到400.0时，人就会出现呼吸困难。事实上，近地层的二氧化硫常常和其他污染物并存。如果二氧化硫与颗粒物气溶胶同时被人吸入，会在呼吸道里形成一种硫酸雾，造成的生理反应可比单纯的二氧化硫大4－20倍。此外，近地层的烟尘和粉尘，如果吸入肺泡，不仅容易造成尘肺，也易引起血液中毒；而高浓度的氮氧化物，可使人的中枢神经发生病变，也容易引起或诱发肺水肿和慢性支气管炎。氮氧化物和碳氢化合物在一定的阳光照耀下，还会形成光化学烟雾，对人的眼晴和呼吸道危害极大。

逆温中的烟雾常常会诱发灾难性的事故。1948年10月下旬，美国匹兹堡附近的多诺拉镇发生一起严重的烟雾灾难，由于镇上的许多工厂大量排出二氧化硫气体，偏逢10月27日－28日出现了逆温层，烟雾中的化合物使7000多人病倒，20人死亡。震惊一时的伦敦烟雾事件，除了燃煤是直接原因外，也与逆温有关。1952年12月5日至9日，冷空气入侵伦敦，贴近地面的空气形成了逆温。一连几天，空气几乎静止不动。时值隆冬季节，从家庭和工厂的烟囱里排出的烟尘无法向空中扩散，越积越多，空气中弥漫着浓浓的“毒雾”，直接导致4000多人死亡。在毒雾过后的两个月中，又陆续有8000多人毙命。

一般来说，我国冬季常会出现逆温天气；而对城市而言，由逆温造成空气污染的高峰时间一般在清晨日出前后或傍晚以后，因此提醒城市居民：（1）留心当地气象变化，关注天气预报，如预报本地有雾、静风或微风，气温突然升高，就预示着逆温天气的来临。（2）当有逆温层天气时，医院、家庭病房要打开空气净化器；同时，在早晨或傍晚“烟雾茫茫”的时段，要尽可能地避免外出活动。