از آنجایی که درجه حرارت سطح زمین در هر محدوده‌ای نسبت به بازتابش انرژی تابشی خورشید به خصوصیات مواد تشکیل دهنده آن سطح بستگی دارد، بنابراین حرارت داخل شهرها بنا به دلایلی از حومه آنها بالاتر است، البته نباید این نکته را فراموش کرد که شدت افزایش درجه حرارت با تراکم جمعیتی شهر نیز نسبت مستقیم دارد.
در بسیاری از شهرها، متوسط درجه حرارت بین 5/0 الی 8/0 سانتیگراد بیشتر از حومه آن است. این پدیده به نام جزایر حرارتی شهرها نامگذاری شده است.
جزایر حرارتی ارتباط مستقیمی با افزایش جمعیت شهر دارند. در شهرهای با جمعیت 000/500 هزار تا یک میلیون نفر درجه حرارت 1/1 تا 2/1 درجه بیشتر از پیرامون خود هستند. این اختلاف درجه حرارت در شهرهای با جمعیت میلیونی می‌تواند حتی بیشتر نیز بشود.
افزایش حرارت داخل شهرها به دخالت مستقیم انسان‌ها نیز مرتبط است. گرمایش ساختمان‌ها و استفاده از وسایل برقی، آلودگی هوا ناشی از عوامل مختلف از جمله موتور اتومبیل‌ها و مصالحی که در کف‌سازی خیابان‌ها و کوچه‌ها استفاده می‌شود، از جمله بتن و آسفالت که بازتابش شدید انرژی خورشید را به همراه دارند از جمله دخالت‌های انسانی محسوب می‌شوند.
عوامل دیگری که در افزایش یا کاهش درجه حرارت داخل شهرها مؤثر هستند، عبارتند از: سرعت باد، تشکیل ابر، تبخیر و..... بادهای با سرعت بالا می‌توانند اختلاف درجه حرارت بین شهرها و حومه را کاهش دهند.
همچنین شکل جزایر حرارتی داخل شهرها با تغییر فصل و یا تغییر ساعات روز مرتبط هستند. در ماه‌های یخبندان اختلاف درجه حرارت داخل جزیره حرارتی با حومه شهر در مقایسه با ماه‌های تابستان می‌تواند افزایش یابد.
مسئولیت این اختلاف دما متوجه گرم نمودن فضاهای داخلی ساختمان‌ها در فصل یخبندان است که تشعشعات گرمایی آن به بیرون منعکس و یا مواد آلوده کننده و حرارت از دودکش‌های ساختمان‌ها به بیرون هدایت می‌شوند.
شب هنگام نیز بازتابش حرارت خورشید از سطح زمین به اتمسفر جریان خواهد داشت. زیرا آسفالت و بتن و .... گرمای خورشید را در طول روز ذخیره کرده و در شب به تدریج رها می‌سازند در حالی که در حومه شهر، وجود فضای سبز، آب و فقدان مصالح موجود در شهر باعث می‌شود که بازتابش خاصی در طول شب وجود نداشته باشد.
جزیره حرارتی در دو محور افقی و عمودی قابل مطالعه است. در محور عمودی حرارت تا ارتفاع 200 الی 300 متری بالای سطح شهر اوج می‌گیرد و در روزهای صاف و بدون ابر ارتفاع زبانه‌ها به 500 متر نیز می‌رسد.
وسعت شهر و بافت کالبدی آن نیز در شدت یا ضعف این پدیده دخالت دارند. مثلاً کاهش تعداد طبقات و یا انفصال ساختمان‌ها از یکدیگر در برخی نقاط مانع تشکیل جزیره حرارتی می‌شود.
آنچه از این بحث برای شهر تهران و سایر کلانشهرها قابل برداشت است، لزوم تدوین پروژه‌ای‌است تحت عنوان «طرح جامع اقلیم هوای تهران» که جهت اجرایی کردن آن بایستی حداقل مشارکت را وزارت مسکن و شهرسازی، شهرداری تهران و سازمان هواشناسی کشور با یکدیگر داشته باشند. (این پروژه برای نخستین بار کلیه مختصات و مشخصات اقلیمی شهر تهران و یا کلیه کلانشهرهای ایران را آشکار می‌سازد.)
نتایج حاصله از این طرح، پیش نیاز مهمی جهت تهیه طرح‌های جامع و تفصیلی در شهرهای بزرگ به‌شمار می‌آید، چرا که تا به‌حال در تهیه این طرح‌ها فقط از اطلاعات استخراجی معدودی ایستگاه هواشناسی در سطح شهر استفاده می‌شده است.
به‌طور اختصار این پروژه از دو بخش اصلی می‌تواند تشکیل شود:
الف) تولید اطلاعات در خصوص اقلیم شهر
ب) کاربرد اطلاعات حاصله در طرح‌های جامع و تفصیلی
در بخش الف نخست از طریق عکسبرداری هوایی با دوربین‌های مادون قرمز از طریق هواپیما و یا ماهواره، جزایر حرارتی و کانون‌های آن در روزها و شب‌ها و همچنین در فصل‌های مختلف طی یک دوره مستمر مثلاً دو ساله مشخص و خصوصیات و عوامل تشکیل دهنده آن تعیین می‌شود.
به موازات این اقدام، ایستگاه‌های متعدد ثابت و سیار هواشناسی در کلیه نقاط شهر (در تهران در سطح مناطق 22 گانه) و در حریم شهر نصب می‌شوند تا کوچک‌ترین جزئیات و مشخصات کلیه فعل و انفعالات هواشناسی از جمله بادهای فصلی، بادهای غالب، بادهای دوره‌ای، کانال‌های باد، مسیرهای مختلف باد، نسیم‌ها، میزان تبخیر، مه، رطوبت و .... ثبت گردند. کارکرد این ایستگاه‌ها بایستی برای یک دوره زمانی حداقل دو ساله در نظر گرفته شود.
در بخش دوم با ترکیب اطلاعات برگرفته از ایستگاه‌های هواشناسی و نقشه جزایر حرارتی شهر برای موارد ذیل بایستی ارائه طریق گردد:
1 - برای تقویت یا تکمیل مسیرهای جریان هوا در سطح شهر و یا مناطق بایستی موانع فیزیکی رفع و راه حل‌های مناسبی اندیشیده شود.
2 - برای جانمایی پارک‌ها و فضاهای سبز شهری همانطوری که در برنامه‌های طرح جامع و تفصیلی شهرهای مختلف نیز مشاهده می‌گردد، فقط از سرانه‌های شهری در هر منطقه و همچنین نزدیکی فضای سبز به مناطق مسکونی استفاده می‌گردد و توجهی از کل به جزء در این پروژه‌ها وجود ندارد.
در حالی که اطلاعات کسب شده از اقلیم شهری موجب می‌شود، فضاهای سبز شهری نه فقط در جهت استفاده تفریحی ساکنان جانمایی و طراحی گردد، بلکه در مقیاس کلی شهر و در ارتباط این فضاها با یکدیگر مورد لحاظ قرار گرفته و در نتیجه ارتباط و اتصال منطقی آنها در مجموع باعث تلطیف هوا و کاهش درجه حرارت داخل شهر که عمدتاً با آلودگی هوا همراه است، بشود.
3 - بایستی توجه داشت که پهنه‌ها و محدوده‌هایی که برای بلندمرتبه‌سازی در نظر گرفته می‌شود، حتماً از نظر اقلیم شهری نیز مورد ارزیابی قرار گیرند، در حالی که فقدان چنین اطلاعاتی موجب شده که ساخت بلندمرتبه‌ها به فاکتورهای دیگری نظیر عرض گذر، وجود گسل، آلودگی‌های زیست محیطی و .... محدود شود.
نهایتاً طرح جامع اقلیم شهری در کنار تصمیم‌سازی‌هایی که برای مدیران شهری فراهم می‌نماید سه محور را مورد توجه قرار می‌دهد:
الف: مشخص نمودن نقاطی که بلندمرتبه‌سازی مانع عبور جریان‌های هوا و افزایش آلودگی هوا و درجه حرارت شهر می‌شود.
ب: توسعه فضاهای سبز در شهرها و ارتباط منطقی و مستمر آن در داخل مناطق با یکدیگر جهت کاهش محدوده جزایر حرارتی و همچنین تعدیل آلودگی هوا.
ج: تعدیل تراکم ساختمانی در نقاطی که نیاز به تقویت کانال‌های باد وجود دارد.
