При определенных условиях над сушей и морем возникают слои инверсии, которые имеют большое значение для хода различных атмосферных процессов. Температурные инверсии являются задерживающими слоями, гасящими вертикальное движение воздуха. Они играют большую роль в процессах распространения электромагнитных и звуковых волн в атмосфере.
Температурные инверсии могут развиваться в приземном слое атмосферы (приземные инверсии) и в свободной атмосфере. Над океанами инверсионные условия в приводном слое встречаются значительно реже, чем над сушей. В свободной атмосфере инверсии встречаются одинаково часто как над сушей, так и над морем.
Радиационные инверсии в нижнем слое воздуха наблюдаются в основном на суше и над морскими районами, сплошь покрытыми льдами. Эти инверсии возникают в результате охлаждения подстилающей поверхности за счет длинноволнового излучения. Особенно сильные приземные инверсии возникают при ясном небе и слабом ветре. Вместе с охлаждением земной поверхности происходит понижение температуры и в прилегающем к ней слое воздуха. Подобные условия встречаются летом только в ночное время, а зимой они могут сохраняться и днем. Мощность суточных инверсий колеблется от 5–10 м до сотен метров. Зимние инверсии по высоте достигают 2–3 км. Радиационные инверсии часто сопровождаются туманами, носящими название радиационных.
Адвективные инверсии образуются как над сушей, так и над морем, когда теплая воздушная масса перемещается на холодную подстилающую поверхность. По своей интенсивности эти инверсии уступают радиационным, и их мощность редко достигает нескольких сотен метров. Характерным примером таких инверсий являются инверсии, образующиеся при перемещении теплого воздуха на холодное течение (например, Лабрадорское, Ойя-Сио) или с открытых морских районов на районы, покрытые льдом (у границы льдов). Часто эти инверсии сопровождаются адвективными туманами.
Суточный и годовой ход радиации, падающей на земную поверхность, приводит к тому, что и температура этой поверхности имеет суточные и годовые колебания. Вслед за этими изменениями происходит изменение температуры приземных слоев атмосферы. Наибольшие колебания температуры наблюдаются в самых нижних слоях тропосферы. По мере удаления от земной поверхности происходит уменьшение амплитуд колебаний температуры и запаздывание фаз этих колебаний.