当大气环流微弱时，城市热岛的存在，引起空气在城市上升，在郊区下沉，在城市与郊区之间形成了小型的热力环流，称之为城市热岛环流。城市热岛环流，是气象名词。城市人口集中、工业发达，居民生活、工业生产和汽车等交通工具每天要消耗大量的石油、天然气等化石燃料，释放出大量的废热，导致城市的气温高于郊区，使城市犹如一个温暖的岛屿，人们称之为城市热岛。

由于城市热岛环流的出现，城区工厂排出的污染物随上升气流而上升，笼罩在城市上空，并从高空流向郊区，到郊区后下沉。下沉气流又从近地面流向城市中心，并将郊区工厂排出的污染物带入城市，造成二次污染，致使城市的空气污染更加严重。

上海是个特大城市，只要没有较大的风，而城市热岛又很明显（晴天时，热岛环流也是很明显的）。例如1980年12月7日上海热岛很强，此时市区北部的宝钢和闵行在500米以下都吹偏北风，市区南部的龙华从地面到600米都是偏南风，即向市中心辐合。但在高空，宝钢、闵行在700米高度处开始转为南风，龙华则从900米高度开始变为北风，即形成了一个低层向市中心辐合，而高层从市中心向外辐散的完整热岛环流圈。

从安放在市中心的气温自记仪器的自记纸上，常常可以发现气温变化曲线在夜间有一个个好似冷锋过境似的气温陡降现象。这就是冷凉的乡村风入侵城市的见证。从这里也可以知道城市热岛环流不是连续均匀地流动的，而是有明显的阵性。