Luke Howard schreef dat het in dichtbebouwde gebieden in Londen, met name 's nachts en 's winters, warmer is dan op het platteland buiten de stad. Sindsdien wordt internationaal veel onderzoek gedaan naar het stadsklimaat. Onder meer om na te gaan of de verstedelijking bijdraagt aan de opwarming van het klimaat.
Begin jaren zeventig is op de Utrechtse Universiteit onderzoek verricht naar het stadsklimaat met een mobiel weerstation bevestigd op een auto. Recenter vond een soortgelijk onderzoek plaats bij het KNMI waarbij een temperatuur- en vochtsensor waren bevestigd op een fiets.
Geruime tijd zijn metingen gedaan tijdens het woon-werkverkeer in de vroege ochtend en late middag op 40 minuten fietsen van De Bilt. Ook loopt er een project waarbij metingen van weeramateurs in stedelijke gebieden gebruikt worden om het stadsklimaat in kaart te brengen.
Stedelijke bebouwing heeft invloed op grootheden als temperatuur, wind en neerslag. Steden zijn meestal warmer dan het omringende platteland. Ze vormen een soort warmte-eiland in het landschap. Het verschil in temperatuur kan oplopen tot 4 graden voor een stad met 10.000 inwoners en 7 graden voor een stad met 200.000 inwoners. Zulke grote verschillen treden alleen op tijdens heldere en windstille nachten.
In de buitenwijken is het minder warm dan in het centrum. Hoe verder weg van het stadscentrum, hoe lager de temperatuur. Het verschil in temperatuur tussen het hart van de stad en de omgeving is vooral afhankelijk van de omvang van de stad, het tijdstip van de dag en de weersomstandigheden.
Ook vorm en opbouw van de stad doen er toe. Grote Noord-Amerikaanse steden met dicht opeengepakte hoge wolkenkrabbers houden meer warmte vast dan Europese steden met eenzelfde aantal inwoners. Door de mens veroorzaakte warmtebronnen zoals verkeer, verwarming en luchtvervuiling, dragen vooral 's winters bij aan de warmte.
De temperatuurverschillen tussen stad en platteland zijn doorgaans het grootst in de ochtenduren kort voor zonsopkomst. Uiteraard zijn ook windrichting en -snelheid van invloed op het warmtetransport van de stad naar de omgeving. Als het flink waait, koelt het in het centrum sneller af en zijn de temperatuurverschillen met de buitenwijken minder groot.
De grootste verschillen treden op bij weinig wind en weinig bewolking. Onder een heldere hemel is de nachtelijke afkoeling groter dan bij bewolkt weer omdat de aarde de warmte dan makkelijker kan uitstralen.
