熱島效應是指一個地區的氣溫高於周圍地區的現象。
這種現象的中心區域溫度較高，就像海面上突出的島嶼一樣，因此被形象地稱為「熱島」。城市熱島效應尤為常見，即城市中心的氣溫高於郊區的氣溫。這種效應主要是由人為因素引起的，例如城市下墊面（如水泥、瀝青、磚石等）吸收較多的太陽輻射，導熱率高，導致白天積熱多，夜間通過長波輻射向地面空氣提供熱量。同時，城市中污染物較多，特別是二氧化碳，也會吸收較多的熱量。此外，城市建築密集，減少了地面長波輻射的損失，且通風不良，不利於熱量向外擴散。
熱島效應不僅限於城市，還包括非城市熱島效應，如青藏高原的熱島效應等。在近地面等溫線圖上，郊區氣溫相對較低，而市區則形成一個明顯的高溫區，如同出露水面的島嶼。