Når visse forutsetninger er oppfylt kan den normale vertikale temperaturgradienten bli invertert slik at luften er kaldere nær overflaten enn i luftlagene over. Dette kan for eksempel skje når varmere og lettere luft strømmer over en kaldere og tyngre luftmasse. Denne typen inversjoner oppstår som regel i nærheten av varmfronter, i tillegg til havområder med oppstrømning, slik som langs kysten av Chile eller California. Når det er nok fuktighet i det kjøligere laget blir det ofte dannet tåke innenfor inversjonslaget. En inversjon oppstår også ofte når det er stor varmeutstråling (avkjøling) av jordoverflaten, vanligvis om natten eller om vinteren når solvinkelen er lav. Dette skjer oftere i innlandsområder, siden havet ofte holder på varmen lenger og varmer opp de nærliggende områdene. I polarområdene har man nesten alltid inversjoner over land om vinteren.