1818年，一位气象学家发现城市的气温比周围乡村高。在气温分布图上，城市是个封闭的高温区，犹如海洋中孤立的岛屿，因而被称为“热岛效应”。随着近代工业的发展，一些大城市所释放的热量，已经接近或超过地表面所接受的太阳热能，成为支配城市气候的第二热源。同时，成千上万吨的尘埃和有害气体不断飞向蓝天，使大气成分发生巨大变化。其中有许多起冰核作用的大气凝结核，使得城市的雾、云量和降水量明显增多。更令人惊讶的是，一些城市所释放的热量，在正午时分，竟能冲上2千米高空，使飞翔在城市上空的飞机因上升气流的波动而颠簸摇晃，就像在喷射着岩浆的火山口上飞行一样。因此，人们又把这种现象称为“火山效应”。
“火山效应”造成独特的城市气候，使城市地区的气候反复无常，难以准确预测。特别是在夏季，大气层很不稳定，这种影响也就更为突出。常常会有这样的情况：万里晴空，突然飘来一层乌云，接着就是一场狂风暴雨，有时还会出现冰雹和龙卷风。这些灾害性天气来去无常，恣意横行，往往造成人民生命财产的损失。近20年来，高层、超高层建筑急剧增多，城区夜晚空气流动变得更加缓慢；随着空调的普及，空调压缩机所带来的“热污染”，又把城市的夏夜变得如蒸笼般闷热，从而加剧了城市的“热岛效应”，使城区与郊区夜间的温差进一步加大。袭人的热浪也使有关“热污染”的投诉随之增多。由于城市过度开发，城区灾害性天气出现的频数也相应增加了1～2倍。
在雨量分布图上，城市是一个封闭的多雨区，犹如海洋上的孤岛，因而被称之为“雨岛效应”。与郊区相比，城市的雨量一般要比郊区多5％～10％，暴雨出现的次数一般要比郊区多20％～30％，而城区的洪灾远比郊区要多得多。
为什么城市的降水量和暴雨出现的次数比郊区多呢？
众所周知，充沛的水汽、强烈的上升运动和丰富的凝结核，是产生降水的基本条件。由于市区热空气质量比郊区较冷空气的轻，因此会产生浮力向高空上升，而郊区较冷的空气会下沉，并在低层流向市区，补充市区已经上升的空气，从而形成对流。然而城市的高层建筑群阻挡了空气的流动，源源不断流来的空气除了从高楼与高楼之间的空隙流入城市中心外，大部分被阻挡在城市外。这些受阻的空气只能沿着建筑物向上爬升，结果也产生了空气的上升运动。
在热力和动力的共同作用下，城区空气不断上升。在上升过程中，空气温度不断降低，空气中的水汽遇冷凝结成大雨滴，降落到地面。
另一方面，城市每天都要排放大量微粒废气污染物，这就为水汽凝结提供了大量的凝结核。只要有云团移至城市上空，强烈的对流和丰富的凝结核就会使云团加剧发展，产生较大范围的降水，甚至形成暴雨。在城区内，即使天气晴好，如果空气中水汽含量较为丰富，午后或傍晚也会形成范围不大但降水强度较大的热雷雨天气。
近年来，我国城市发展迅速，规模宏大。由于城市过度开发，绿地面积减小，加上城区在改造、扩建过程中将大面积农田和灌溉网变成不透水的建筑物和柏油路面，而且在城市排水系统设计中未考虑到这些因素，因此到了雨季很容易发生河水泛滥；许多地段会因下水管道排水不畅，造成大范围积水，使位于地势较低的房屋被淹，城市交通中断，甚至绐人民生命财产的安全造成威胁。
城市化进程加快，正在改变着地球气候。人类活动对地球气候的影响，已引起世界各国政府和科学界的普遍关注。