在一般情況下，氣溫是隨著海拔高度的增加而降低的。海拔平均每上升100米，溫度降低約0.6℃。這樣，在近地層，大氣低層溫度高，空氣密度小；高層溫度低，空氣密度相對較大，造成了“頭重腳輕”的現象。這種大氣密度的不平衡，容易上下翻滾而形成對流，就會使低層特別是近地面層空氣中的污染物和粉塵向高空移散，從而減輕大氣低層的污染程度。
我國屬季風氣候，冬季冷空氣活動頻繁。當冷空氣入侵某地時，近地層空氣溫度就會很低，這樣便容易出現氣溫隨大氣高度增加而升高的現象，導致空氣“腳重頭輕”，氣象學稱這種現象叫“逆溫”，發生逆溫的大氣層叫“逆溫層”。逆溫層的厚度可從幾十米到幾百米，它就像一層厚厚的被子蓋在地面上，攜帶污染物的空氣向上擴散時“無路可走”，只好向下蔓延，從而加重了大氣污染。
冬季出現逆溫層時，近地層空氣中含有大量的顆粒物(工業城市尤其如此)，對人體健康非常有害。例如，當近地層二氧化硫濃度(單位為PPM)達到1時，人的胸部就略有壓迫感；達到10時，鼻腔就會有刺激感；達到30時，就會不由自主地咳嗽；達到100時，就會打噴嚏、流眼淚；達到400時，人就會出現呼吸困難。
逆溫中的煙霧常常會誘發災難性的事故。1948年10月下旬，美國匹茲堡附近的多諾拉鎮發生了一起嚴重的煙霧災難。由于鎮上的許多工廠大量排出二氧化硫氣體，偏逢此時出現了逆溫層，煙霧中的化合物使7000多人病倒，20人死亡。
震驚一時的倫敦煙霧事件，除了燃煤是直接原因外，也與逆溫有關。1952年12月5日至9日，冷空氣入侵倫敦，貼近地面的空氣形成了逆溫。一連幾天，空氣幾乎靜止不動。時值隆冬季節，從家庭和工廠的煙囪里排出的煙塵無法向空中擴散，越積越多，空氣中彌漫著濃濃的“毒霧”，直接導致4000多人死亡。在毒霧過后的兩個月中，又陸續有8000多人喪生。
