城市熱島（Urban Heat Island Effect）是指由於城市地區人口集中、工業發達、建築物和道路等高蓄熱體的存在，以及綠地的減少等因素，導致城市氣溫高於外圍郊區的現象。
城市中的水泥、瀝青、磚石等下墊面吸收較多的太陽輻射，並在夜間通過長波輻射向空氣傳遞熱量，導致城市溫度升高。另外，城市中大量的人為熱源，如居民生活、工業生產和交通工具的化石燃料燃燒，也會釋放大量廢熱，進一步加劇城市的高溫化。城市中的建築物密集且參差不齊，減少了地面長波輻射的損失，同時通風不良也不利於熱量擴散，這些因素共同導致城市氣溫高於郊區。在氣象學的近地面大氣等溫線圖上，城市高溫區如同一個突出海面的島嶼，因此被形象地稱為「城市熱島」。城市熱島效應會導致城市與郊區之間形成小型的熱力環流，稱為城市熱島環流。