Efekt toplinskog otoka, koji se također naziva i efekt urbanog toplinskog otoka, je situacija u kojoj je prosječna temperatura nekog područja viša od obližnjih ruralnih područja. Najviše je uzrokovano činjenicom da materijali u urbanim sredinama, poput betona i asfalta, upijaju puno sunčeve svjetlosti i pohranjuju je u velikim toplinskim masama. Sekundarni uzrok je otpadna toplina nastala masovnim korištenjem energije. Akumulacija topline utječe ne samo na sam grad, već i na obližnja područja niz vjetar, koja općenito imaju između 10% i 30% više godišnje padalina nego područja uz vjetar.
Postoji niz malih čimbenika koji pridonose učinku toplinskog otoka, a u kombinaciji značajno povećavaju prosječne temperature. Razlika u urbanim temperaturama u odnosu na regionalne prosjeke najupečatljivija je noću, a posebno tijekom zime. Jedan od glavnih uzroka povišene temperature je taj što u urbanom okruženju velike zgrade blokiraju velik dio neba, koje je noću puno hladnije od tla, pa se toplina ne raspršuje tako brzo kao u ruralnim područjima. bez velikih zgrada.
Drugi uzrok je uvođenje velikih količina novih materijala koji apsorbiraju i zadržavaju toplinsku energiju sunca. Asfalt, na primjer, apsorbira mnogo više sunčeve svjetlosti od normalne zemlje, zbog svoje tamne boje, a i asfalt i beton imaju tendenciju zadržavanja topline puno bolje od prosječne površine zemlje. Kao rezultat toga, sunčeva svjetlost se apsorbira kao toplina na parkiralištima, nogostupima i ulicama, a potrebno joj je mnogo dulje da se rasprši nego okolna neurbana područja.
Postoje značajni zdravstveni rizici povezani s toplinskim otokom, a ovisno o regiji, stope smrtnosti tijekom toplinskih valova mogu se značajno povećati u urbanim područjima kao rezultat toga. Već visoke temperature mogu porasti još više jer se toplina apsorbira i zadržava u gradovima, a bez spremnog izlaza za ispuštanje krvi noću, za one koji su pogođeni vrućinom može biti malo predaha. Iako svake godine u Sjedinjenim Državama od ekstremnih vrućina umre samo oko 1,000 smrtnih slučajeva, smatra se da je značajan dio njih posljedica povišenih temperatura u urbanim sredinama.
Možda je još dramatičniji financijski trošak efekta toplinskog otoka. Više temperature tijekom ljeta znače povećane troškove električne energije za napajanje klima-uređaja kako bi se unutrašnjost ohladila. Grad Los Angeles procjenjuje da se dodatnih 100 milijuna američkih dolara (USD) svake godine troši na kontrolu klime zbog ovog fenomena. Kao rezultat toga, predložen je niz inovativnih programa hlađenja, kako za smanjenje godišnjih troškova tako i za povećanje životnog standarda.
Sadnja drveća koje reflektira svjetlost i hladi okoliš, korištenje površina svjetlije boje, sadnja živih krovova i premazivanje cesta reflektirajućim slojem su uobičajene taktike za smanjenje učinka toplinskog otoka. U gradu Los Angelesu, jedan predloženi program razmatra utrošku od milijardu dolara za oblaganje otprilike jedne četvrtine cesta u gradu, sadnju deset milijuna stabala i preuređenje pet milijuna kuća. Godišnja ušteda procjenjuje se na oko 1 milijuna USD u energiji i dodatnih 170 milijuna USD u zdravstvu, pri čemu se projekt isplati za samo dvije godine.