Με τον όρο θερμική αστική νησίδα ορίζεται η τάση των κέντρων των πόλεων να παρουσιάζουν υψηλότερες θερμοκρασίες αέρα σε σχέση με την ύπαιθρο που τις περιβάλλει. Συνήθως η διαφορά αυτή είναι πιο έντονη κατά τις νυχτερινές ώρες σε σχέση με την υπόλοιπη ημέρα. Επίσης εντονότερο εμφανίζεται φαινόμενο κατά τη διάρκεια του χειμώνα σε σχέση με το καλοκαίρι. Οι συνθήκες περιορισμένου ανέμου ή άπνοιας ευνοούν τη δημιουργία της θερμικής αστικής νησίδας. Η διαφορά της θερμοκρασίας εξαρτάται από τους παράγοντες-αίτια του φαινομένου και μπορεί να φτάσει ακόμα και τους 15οC.
Τα κυριότερα αίτια του φαινομένου είναι τροποποίηση της επιφάνειας του εδάφους, λόγω αστικής ανάπτυξης, καθώς και η παραγωγή ‘θερμικών αποβλήτων’ εξαιτίας της ενεργειακής χρήσης (π.χ. θέρμανση, κυκλοφορία οχημάτων). Όσο πιο πυκνοδομημένη είναι μια περιοχή, τόσο περισσότερο τα διάφορα κτιριακά στοιχεία παγιδεύουν την θερμότητα στην περιοχή και δεν επιτρέπουν την γρήγορη ανανέωση του αέρα. Τα δομικά υλικά και η άσφαλτος έχουν διαφορετικές θερμικές ιδιότητες από τα φυσικά στοιχεία της υπαίθρου και εκπέμπουν με διαφορετικό τρόπο την προσπίπτουσα ακτινοβολία. Η μεγάλη θερμική αγωγιμότητα και θερμοχωρητικότητα υλικών όπως το τσιμέντο και η άσφαλτος δεν επιτρέπουν την γρήγορη ψύξη του αστικού περιβάλλοντος μετά τη δύση του ήλιου, με αποτέλεσμα τη νύχτα να καταγράφονται μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ πυκνοδομημένων περιοχών και υπαίθρου. Η έλλειψη πρασίνου, η έντονη κυκλοφορία οχημάτων και οι εκπομπές ρύπων αποτελούν επίσης βασικά αίτια του φαινομένου αυτού. Σε μεγάλες ελληνικές πόλεις όπως η Αθήνα, η Θεσσαλονίκη, η Πάτρα, ο Βόλος και το Ηράκλειο έχει καταγραφεί στο παρελθόν με έντονο τρόπο το φαινόμενο της θερμικής αστικής νησίδας.
Η νησίδα αυτή σε συνδυασμό με την τυχόν ύπαρξη ρυπογόνων βιομηχανιών στις παρυφές της πόλης και την κλειστή τοπογραφία της ευρύτερης περιοχής, συντελεί στην έντονη ρύπανση της πόλης, ευνοώντας τη μεταφορά ρύπων από την περιφέρεια, λόγω της μετακίνησης στρωμάτων αέρα που έρχονται να καταλάβουν τη θέση άλλων στρωμάτων, τα οποία θερμαινόμενα λόγω ύπαρξης της αστικής νησίδας ανεβαίνουν.
