垂直温差是指垂直方向上由于空气的自然对流作用，出现上部温度高，下部温度低的状况。由于垂直温差的存在，如果头部周围的温度比踝部周围的温度高得越多，感觉不舒适的人就越多。

地板的温度过高或过低同样会引起不舒适感。足部寒冷往往是由于全身处于寒冷状态导致末梢循环不良造成的。

大气的温度一般是随距地面的高度增加而下降，每升高100m气温所下降的度数叫垂直温度递减率。各地多年测定所得的平均垂直温度递减率约为0.65℃/100m。

实际上，温度梯度的变化很大，有时可出现温度随距地面高度的增加反而上升，称为气温逆增或逆温。

垂直温差对污染物在大气中的扩散与地面空气层中污染物的浓度有很大影响，当高空温度显著低于地面温度时，地面热空气迅速上升，上层冷空气下降可形成对流，大气不稳定，污染物可不断地被带入高空稀释;当气温逆增时，大气处于稳定状态，污染物不能上升至高空稀释，地面大气中污染物的浓度可显著增高，对人体可产生不良影响。