辐射逆温是夜间因地面（雪面或冰面、云层顶部等）的强烈辐射而失去热量，使紧贴其上的气层比上层空气有较大的降温，而形成温度随高度递增的现象。地面失去的热量随着夜深逐渐增多，逆温层加厚，日出后地面逐渐增温，逆温层逐渐消失。辐射逆温在大陆常年可见，一般冬季最强，夏季较弱。

在晴朗无云的夜晚，由于地面强烈的有效辐射，贴近地面的气层很快降温，远离地面的气层受地面影响较小，降温较少，于是出现上暖下冷的逆温现象。随着地面有效辐射的不断继续，逆温层逐渐增厚，黎明时达到最大厚度；日出后，随着太阳辐射的逐渐增强，地面很快增温，近地面气层受地面影响，也开始增温，于是逆温便自下而上地消失。辐射逆温层的垂直厚度可以从几十米到三四百米，其上下界温度差一般有几度。

辐射逆温在中高纬度地区大陆常发生，特别是经常出现在沙漠地区，冬季最强，逆温层也较厚，可达数百米，消失也较慢。夏季最弱，厚度也较薄，消失较快。在山谷和盆地，由于冷却的空气还沿斜坡流入低谷和盆地，因此常常会使低谷和盆地的辐射逆温得到加强，往往持续数天而不会消失。

冬季大陆被高压控制，由于长时间辐射冷却，地面和近地层空气的温度显着下降，可形成冬季辐射逆温，这种逆温在白天也不消失，其逆温层厚度可达几百米到几千米，其上下界的温度差可达15～25℃，有时候可持续若干天不消失。

形成辐射逆温的有利条件：晴朗无云而有微风（2～3米/秒）的夜晚。因为云能减弱地面的有效辐射，不利于地面的冷却。风太大时，大气中的垂直混合作用太强，不利于近地面气层的冷却，无风时，冷却作用不能扩展到较高气层，不利于逆温的厚度，适当的风速，既有利于一定厚度的逆温层的形成又不会因强烈的混合作用而使近地面气层冷却。