Sembra strano eppure l'aria pesa.  Pensate ad esempio che al livello del mare essa in condizioni standard pesa mediamente 1,013 atmosfere, ovvero 1013 hectoPascal, mentre a 1500 metri il peso che ci grava addosso scende già 850 e a 3000 metri a 700 hectoPacal. Va da sè dunque che la pressione atmosferica diminuisce all'aumentare della quota. L'aria diventa più rarefatta e questa espansione provoca un raffreddamento della stessa.

Ne consegue che, salendo di quota, in proporzione alla pressione dovrà scendere anche la temperatura. E così è, ma non sempre. L'andamento della temperatura con la quota deriva da molti fattori, primo fra tutti l'irraggiamento solare dei bassi strati. Un suolo scaldato dal sole diurno estivo ad esempio trasmetterà all'aria a suo immediato contatto molto calore, talchè la temperatura salendo di quota scenderà molto velocemente subito sopra il suolo per poi calare più lentamente alle quote superiori.

Viceversa nelle notti di cielo sereno si ha un forte raffreddamento che sottrae calore agli strati inferiori della colonna d'aria, la quale si raffredda dal basso. Ne risulta un profilo verticale in cui la temperatura cresce al crescere della quota: è l'inversione termica.  

Classica nei mesi invernali, l'inversione termica intrappola entro lo strato d'aria che racchiude umidità, nubi, nebbie e sostanze inquinanti. Al di sopra di esso, ossia laddove la temperatura salendo di quota inizia la sua regolare discesa, vige la normale circolazione sinottica, il più delle volte di tipo anticiclonico. Le inversioni termiche, seppur molto più blande e diluite, possono strutturarsi anche in estate.

Tale status in sostanza funge da tappo per la convezione diurna, impedendo di fatto lo sviluppo delle nubi cumuliformi, le quali tendono a formarsi solo sui pendii montani posti al di sopra di tale limite. Attenzione però, il riscaldamento solare diurno, se sufficientemente intenso, può intervenire smantellando con il passare delle ore l'inversione; in questo caso la convezione può partire improvvisa e sprigionare in poco tempo il suo potenziale latente generando temporali anche violenti.

Esistono altre due tipi di inversioni, forse meno note ma altrettanto importanti e frequenti: l'inversione dinamica e l'inversione da avvezione. L'inversione dinamica, quasi sempre associata anche a quella termica, è legata ai moti discendenti che avvengono entro una struttura anticiclonica. In più, rispetto alla semplice inversione termica, quella dinamica causa un'evidente diminuzione dell'umidità al crescere della quota. 

L'inversione da avvezione, nota anche come inversione in quota, si verifica ogniqualvolta aria mite scorre sopra strati più freddi e inerti, situazione che si riscontra il più delle volte all'approssimarsi di una struttura depressionaria. In questi casi salendo di quota la temperatura, dopo una breve iniziale discesa, tende a salire per alcune centinaia di metri. Con la temperatura in questo caso sale anche l'umidità e lo strato d'aria interessato dall'inversione non di rado, finisce in saturazione. In genere tale strato corrisponde allo spessore di una banda nuvolosa stratificata che a volte può anche produrre deboli pioviggini, tipiche delle brumose giornate invernali di pianura.