逆溫層的現象通常是由以下幾種機製造成的：
輻射逆溫。在晴朗的夜晚，地面通過輻射冷卻迅速降溫，而較高空層的降溫較少，導致近地面層的氣溫低於高層大氣，形成逆溫。
平流逆溫。暖空氣流到冷的地面或氣層上時，暖空氣的下層接觸到冷地面或氣層而迅速降溫，上層降溫較慢，從而形成逆溫。
湍流逆溫。由於低層空氣的湍流混合作用，當氣層的溫度直減率小於乾絕熱直減率時，氣層的溫度分布逐漸接近乾絕熱直減率，從而在湍流減弱層形成逆溫。
下沉逆溫。空氣在高壓控制區下沉時，因絕熱增溫作用而在下沉運動的終止高度出現逆溫。
鋒面逆溫。冷暖氣團相遇時，在它們之間的過渡帶形成的逆溫。
地形逆溫。在盆地和谷地中，山坡散熱快，冷空氣沿斜坡流入低谷和盆地，迫使較暖的空氣上升，從而形成逆溫。
這些機制中的每一種都可能導致逆溫層的形成，而逆溫層的存在可能對大氣污染、雲的形成和降水等氣象現象產生重要影響。