Temperaturna inverzija, imenovana tudi toplotna inverzija, je obrat normalnega vedenja temperature v troposferi (območje ozračja, ki je najbližje Zemljinemu površju), pri katerem plast hladnega zraka na površini prekriva plast toplejšega zraka. (V normalnih pogojih se temperatura zraka navadno znižuje z višino.)
Inverzije igrajo pomembno vlogo pri določanju oblik oblaka, padavin in vidljivosti. Inverzija deluje kot kapa pri gibanju zraka od spodnjih plasti. Posledično je konvekcija, ki nastane s segrevanjem zraka od spodaj, omejena na ravni pod inverzijo. Razširjanje prahu, dima in drugih onesnaževal zraka je prav tako omejeno. V regijah, kjer je izrazita inverzija nizkega nivoja, konvektivni oblaki ne morejo zrasti dovolj visoko, da bi ustvarili prhe, hkrati pa se lahko vidnost močno zmanjša pod inverzijo, tudi če ni oblakov, zaradi kopičenja prahu in delci dima. Ker je zrak blizu vznožja inverzije hladen, je tam pogosto prisotna megla.
Inverzije vplivajo tudi na dnevne spremembe temperature zraka. Glavni segrevanje zraka podnevi nastane zaradi njegovega stika s kopensko površino, ki jo je segrevalo sončno sevanje. Toplota iz tal se v zrak prenaša s prevodnostjo in konvekcijo. Ker bo inverzija ponavadi nadzorovala zgornjo raven, na katero se toplota prenaša s konvekcijo, se bo segrela le plitva plast zraka, če je inverzija nizka in velika, dvig temperature pa velik.
Obstajajo štiri vrste inverzij: zemeljska, turbulenčna, prepadna in čelna.
Zemeljska inverzija se razvije, ko se zrak hladi s stikom s hladnejšo površino, dokler ne postane hladnejši od previsoke atmosfere; najpogosteje se to zgodi ob jasnih nočeh, ko se tla hitro segrejejo zaradi sevanja. Če temperatura površinskega zraka pade pod rosico, lahko nastane megla. Topografija močno vpliva na obseg inverzij tal. Če je zemljišče nihajno ali gričevnato, se hladni zrak, ki se tvori na višjih kopenskih površinah, nagiba v votle, kar povzroča večjo in debelejšo inverzijo nad nizkimi tlemi in malo ali nič večjo višino.
Inverzija turbulence se pogosto pojavi, ko miroljuben zrak prekriva nemirni zrak. Znotraj turbulentne plasti navpično mešanje prenaša toploto navzdol in hladi zgornji del plasti. Zmešani zrak zgoraj se ne hladi in je sčasoma toplejši od zraka spodaj; inverzija torej obstaja.
Ko se široka plast zraka spusti, se razvije inverzijska inverzija. Plast se stisne in segreva s posledičnim povečanjem atmosferskega tlaka in posledično se zmanjša stopnja temperature pred izpadom. Če zračna masa potone dovolj nizko, postane zrak na večjih nadmorskih višinah toplejši kot na nižjih nadmorskih višinah, kar povzroči temperaturno inverzijo. Inverzije subvencije so pogoste pozimi na severnih celinah in nad subtropskimi oceani; V teh regijah je na splošno zrak, ki se spušča, saj se nahajajo pod velikimi centri pod visokim pritiskom.
Čelna inverzija se pojavi, ko hladna zračna masa podre toplo maso zraka in jo dvigne navzdol; spredaj med obema zračnima masama ima topli zrak zgoraj in hladen zrak spodaj. Ta vrsta inverzije ima precejšen naklon, medtem ko so druge inverzije skoraj vodoravne. Poleg tega je lahko vlaga visoka, oblaki pa so lahko neposredno nad njo.
