可微分的函数，也就是说，此处"x"，"y"和"z"是座标系的位置标示，温度梯度是向量，其定义如下：
天气和气候的关联.不同地区之间的空气温度差异对天气预报与气候至关重要。行星表面对太阳光的吸收增强了温度梯度，其结果造成对流（云形成的主要过程，经常与降水相关联）。相似的，在全球和年度的基础上，大气（和海洋）的动力学可以被理解为试图通过极地和赤道的温度差异极大的冷空气和暖空气（包括水）在广大的区域重新配置。天气图是温度梯度在水平方向上可以达到较高数值的地区，这些是具有相当明显属