Como norma general, en la atmosfera, la temperatura disminuye con la altura. Cuando es al revés, cuando la temperatura aumenta con la altura, es que hay una inversión térmica.
Los movimientos verticales ascendentes y descendentes del aire a la troposfera son mucho más comunes de lo que nos podemos imaginar. Los podemos encontrar, por ejemplo, cuando el aire topa con una vertiente de una montaña, en las corrientes dentro de una tormenta, durante el paso de un frente, en algunas zonas donde se producen brisas marinas, etc. En estos ascensos y descensos, hay variaciones significativas de la temperatura de la partícula (o burbuja de aire) que se moviliza.
De hecho, se define el gradiente adiabático como la variación de la temperatura que recibe una burbuja de aire durante su proceso de ascensión vertical. Si durante este ascenso esta burbuja no contiene suficiente vapor de agua para condensarse, su temperatura disminuirá 0,98 °C por cada 100 metros: es el que denominamos gradiente adiabático seco. En el supuesto de que el movimiento sea descendente, su temperatura aumentará en 0,98 °C. Si fuera el caso que durante el ascenso de la burbuja de aire sí que consigue condensarse, entonces la disminución de la temperatura será de 0,6 °C aproximadamente – es un valor aproximado, puesto que en este caso sí que hay pequeñas variaciones respecto de la presión – por cada 100 metros de elevación: es el que denominamos gradiente adiabático húmedo. Si se produce el descenso de aire húmedo, la variación de la temperatura por cada 100 metros es la misma, pero en sentido positivo. El hecho de que el valor del gradiente adiabático húmedo sea menor que el valor respectivo seco es a causa de la liberación de calor latente que se produce durante la condensación del vapor de agua a medida que se eleva. Es decir, como la condensación del vapor de agua libera calor, el enfriamiento a causa de la pérdida de la presión (por la elevación) queda ligeramente contrarrestado, haciendo que el gradiente adiabático húmedo sea más pequeño que el seco.
Es mucho más fácil que estos movimientos verticales se produzcan cuando la distribución real de las temperaturas en un punto determinado vaya disminuyendo con la altura (ver caso 1 de la Fig. 1). Cuanto más rápido disminuya la temperatura con la altura, más grado de inestabilidad existirá.
Pero en determinadas situaciones meteorológicas, como por ejemplo en zonas con alta presión, se puede producir el fenómeno inversión; es decir que la temperatura aumente con la altura: es la llamada inversión térmica (ver casos 2 y 3 de la Fig. 1). En estas situaciones de inversión térmica es muy difícil que las burbujas, sean de aire seco o húmedo, puedan elevarse y, por lo tanto, provocar la formación de nubes. Además, también conocer que estas inversiones térmicas suelen evolucionar a medida que una zona de altas presiones se establece sobre una región: durante el paso de los días se suele acentuar la inversión, especialmente en las capas inferiores, es decir, las más próximas al suelo (pueden pasar del perfil 2 al 3 con solo unas horas o días).
La altura donde podemos encontrar esta inversión térmica y su grosor (indicado con una clave en el gráfico de la Fig. 1) es determinante en la formación de nubes como también en la dispersión de contaminantes. De hecho, cuando la inversión térmica está localizada en la zona más próxima de la superficie terrestre, buena parte del vapor de agua de la troposfera queda atrapado en esta capa sin ninguna posibilidad de elevarse provocando su concentración y posible posterior condensación en forma de niebla baja. No solo queda atrapado el vapor de agua sino también los contaminantes, si es que hay, provocando picos en las concentraciones de contaminantes (de NO2 y de PM10) que solo se dispersarán cuando la inversión térmica se acabe rompiendo.
