Der Wärmeinseleffekt, auch als urbaner Wärmeinseleffekt bezeichnet, ist eine Situation, in der die durchschnittliche Temperatur eines Gebiets höher ist als in nahegelegenen ländlichen Gebieten. Das liegt vor allem daran, dass die Materialien im urbanen Raum wie Beton und Asphalt viel Sonnenlicht absorbieren und in großen thermischen Massen speichern. Eine sekundäre Ursache ist Abwärme, die durch massiven Energieeinsatz entsteht. Der Hitzestau wirkt sich nicht nur auf die Stadt selbst aus, sondern auch auf nahegelegene Gebiete in Windrichtung, in denen im Allgemeinen zwischen 10 und 30 % mehr Niederschlag pro Jahr fällt als in Windrichtungen.
Es gibt eine Reihe kleiner Faktoren, die zum Wärmeinseleffekt beitragen, und wenn sie kombiniert werden, erhöhen sie die Durchschnittstemperaturen erheblich. Der Unterschied der städtischen Temperaturen gegenüber dem regionalen Durchschnitt ist nachts und insbesondere im Winter am auffälligsten. Eine der Hauptursachen für die erhöhte Temperatur ist, dass in einer städtischen Umgebung große Gebäude den Himmel, der nachts viel kühler ist als der Boden, abschirmen und die Wärme daher nicht so schnell abgeführt wird wie in ländlichen Gebieten ohne große Gebäude.
Eine weitere Ursache ist die Einführung großer Mengen neuer Materialien, die Wärmeenergie der Sonne aufnehmen und speichern. Asphalt zum Beispiel absorbiert aufgrund seiner dunklen Farbe viel mehr Sonnenlicht als normale Erde, und sowohl Asphalt als auch Beton neigen dazu, die Wärme viel besser zu speichern als ein durchschnittlicher Bodenbelag. Infolgedessen wird Sonnenlicht als Wärme auf Parkplätzen, Gehwegen und Straßen absorbiert und dauert viel länger als umliegende nichtstädtische Gebiete.
Mit einer Hitzeinsel sind erhebliche Gesundheitsrisiken verbunden und je nach Region können die Sterblichkeitsraten bei Hitzewellen in städtischen Gebieten dadurch deutlich erhöht werden. Bereits hohe Temperaturen können noch höher steigen, da Wärme in den Städten absorbiert und eingeschlossen wird, und ohne eine geeignete Steckdose, um nachts abzulassen, gibt es für die von der Hitze Geplagten kaum eine Atempause. Obwohl es in den Vereinigten Staaten jedes Jahr nur etwa 1,000 Todesfälle durch extreme Hitze gibt, wird angenommen, dass ein beträchtlicher Teil davon auf die erhöhten Temperaturen in städtischen Umgebungen zurückzuführen ist.
Vielleicht noch dramatischer sind die finanziellen Kosten des Wärmeinseleffekts. Höhere Temperaturen im Sommer bedeuten höhere Stromkosten für die Klimaanlage, um die Innenräume kühl zu halten. Die Stadt Los Angeles schätzt, dass aufgrund dieses Phänomens jedes Jahr zusätzliche 100 Millionen US-Dollar (USD) für die Klimatisierung ausgegeben werden. Als Ergebnis wurden eine Reihe innovativer Kühlprogramme vorgeschlagen, um sowohl die jährlichen Kosten zu senken als auch den Lebensstandard zu erhöhen.
Das Pflanzen von Bäumen, die Licht reflektieren und die Umgebung kühlen, die Verwendung hellerer Oberflächen, das Bepflanzen von Wohndächern und das Beschichten von Straßen mit einer reflektierenden Schicht sind gängige Taktiken, um den Wärmeinseleffekt zu reduzieren. In der Stadt Los Angeles sieht ein vorgeschlagenes Programm vor, 1 Milliarde US-Dollar auszugeben, um etwa ein Viertel der Straßen in der Stadt zu beschichten, zehn Millionen Bäume zu pflanzen und fünf Millionen Häuser zu sanieren. Die jährlichen Einsparungen werden auf rund 170 Millionen US-Dollar an Energie und weitere 360 Millionen US-Dollar im Gesundheitswesen geschätzt, wobei sich das Projekt in nur zwei Jahren amortisiert hat.