Das Klima, also der durchschnittliche Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort oder in einem größeren Gebiet, lässt sich allgemein in das Makro-, Meso- und Mikroklima einteilen (Weischert/Endlicher 2008). Während sich das Makroklima um die globale Zirkulation der Atmosphäre dreht, betrachtet man beim Mesoklima regionale Erscheinungen wie zum Beispiel Gewitter oder Stürme. Vom Mikroklima hingegen spricht man bei klimatischen Ereignissen auf der kleinsten Skala. Diese können eine horizontale Ausdehnung von wenigen Millimetern bis einigen hundert Metern haben und bis zu 30 Minuten andauern (nach Orlanski 1975). Natürlich ist das Mikroklima nicht unabhängig von Geschehnissen auf den größeren Skalen, sie sind zu jeder Zeit miteinander verknüpft.
Die Mikroklimatologie erforscht und analysiert, welche Wechselwirkungen zwischen dem Erdboden und der darüber liegenden Luftschicht bestehen. Aus diesem Grund sind insbesondere unterschiedliche Oberflächen interessant. Dazu zählen die Art der Bodenbedeckung, bestimmte Eigenschaften des Bodens und die Oberflächenstruktur, auch Mikrorelief genannt. Je nachdem, ob eine Fläche zum Beispiel als Acker, Wald oder Wiese genutzt wird oder mit Häusern bebaut ist, ergeben sich unterschiedliche Auswirkungen.
Die Mikroklimatologinnen und Mikroklimatologen verwenden spezielle Messtechniken, um zum Beispiel den Strahlungsumsatz oder die Wärmeflüsse an den verschiedenen Oberflächen zu analysieren. Dafür spielen neben Strahlung und Temperatur auch die relative Luftfeuchtigkeit, der Niederschlag und der Wind eine große Rolle.
Mikroklimate können beispielsweise durch die Strahlungsbilanz beschrieben werden, in der die Einstrahlung mit der Ausstrahlung verglichen wird. Die kurzwellige Sonnenstrahlung kann entweder direkt oder als diffuse Himmelsstrahlung auf die Erdoberfläche treffen (Einstrahlung). Dort wird sie entweder reflektiert (also zurückgeworfen) oder absorbiert (von der Bodenoberfläche aufgenommen). Das Verhältnis von absorbierter zu reflektierter Strahlung wird als Albedo einer Oberfläche (Rückstrahlvermögen) bezeichnet. Der von der Oberfläche aufgenommen Strahlungsanteil führt zu einer Erwärmung des Bodens. Weil er deutlich kälter ist als die Sonne ist, gibt er keine kurzwellige, sondern langwellige Wärmestrahlung ab. Diese Wärmestrahlung wird als terrestrische Ausstrahlung bezeichnet. Aus der Differenz von Ein- und Ausstrahlung ergibt sich, welcher Strahlungsumsatz an der Oberfläche stattgefunden hat und wie viel Sonnenenergie dabei in Wärme umgewandelt wurde. Diese wird als Temperatur gemessen.
Bei Agrar- und Waldflächen haben insbesondere die Bewuchshöhe und -dichte einen entscheidenden Einfluss. Das Ganze ist leichter zu verstehen, wenn man an einen Waldspaziergang an einem heißen Sommertag denkt. Dort halten die dichten Baumkronen einen Großteil der Sonnenstrahlung von der Erdoberfläche fern, sodass sich das Mikroklima von Kronendach und Boden am Tag stark unterscheidet. Am Boden bleibt es etwas kühler, sodass man dort gemütlich spazieren gehen kann. Auch die Temperaturschwankungen im Tagesverlauf sind viel geringer. Je dichter und höher der Bewuchs ist, desto weniger Sonnenlicht kommt auf dem Boden an, und desto weniger kann sich dieser erwärmen.
Neben der Einstrahlung und der Temperatur ist auch der Niederschlag auf mikroklimatischer Skala interessant. Nehmen wir noch einmal das Beispiel Wald: Wenn Niederschlag fällt, greifen die Blätter im Kronenraum einen Großteil des Wassers ab. Sie stellen eine Art Barriere für den Wassertropfen auf dem Weg bis zum Boden dar. Deshalb stellt man sich bei Regenschauern auch unter Bäume, da diese als natürlicher "Regenschirm" dienen. Ein Teil des Wassers verdunstet direkt wieder oder wird über die Blätter aufgenommen. Wie stark die Verdunstung ausfällt, hängt von der relativen Luftfeuchte der Umgebungsluft ab. Das übrige Wasser fließt am Stamm ab und versickert im Boden. Da in der Nähe des Stammes die Wasserversorgung also besonders gut ist, kann man in Wäldern dort oft einen stärkeren Pflanzenwuchs beobachten. Im Winter kann sich auch Schnee auf das Mikroklima auswirken. Frisch gefallener Schnee hat durch seine weiße Farbe eine hohe Albedo, das bedeutet, das Licht wird zu großen Teilen reflektiert und wieder in die Atmosphäre zurückgeworfen. Dadurch kommt es nur zu einer geringen Erwärmung des Bodens. Im Sommer können sich dunkele Oberflächen dagegen stark erwärmen, zum Beispiel unbestellte Ackerflächen. Wenn man sich diese Tatsachen durch den Kopf gehen lässt, fällt auf, dass das Mikroklima wohl doch eine größere Rolle spielt, als man aufgrund seines Namens vermuten würde!