Die Theorie und Klassifizierung von Luftmassen wurde bereits vor über 100 Jahren von Villhelm Bjerknes und seinem Sohn Jacob Bjerknes, Halvor Solberg und Tor Bergeron an der Universität Bergen entwickelt. In ihren Arbeiten wiesen sie nach, dass sich Eigenschaften wie Temperatur und Feuchtigkeit einer Luftmasse über einen längeren Zeitraum nur unwesentlich ändern, wenn sie über Land zieht.
Luftmassen werden nach ihrer Herkunft klassifiziert. Ursprünglich wurden drei Haupttypen unterschieden: Polarluft (P), Tropikluft (T) und Äquatorialluft (E). Zusätzlich wurde zwischen trockenen kontinentalen Luftmassen (c) und feuchten maritimen Luftmassen (m) unterschieden. So bezeichnete „mP“ die maritime Polarluft und „cT“ die kontinentale Tropikluft. Im Jahr 1948 verfeinerte der Meteorologe Richard Scherhag diese Einteilung, insbesondere für die Wetteranalyse in Mitteleuropa. Er führte die Begriffe „subtropische“ und „subpolare“ Luft, um die Übergangsbereiche besser zu erfassen, sowie „arktische Luft (A)“ als eigenständige Kategorie ein. Außerdem wurden Luftmassen, denen nicht eindeutig kontinental oder maritim zugeordnet werden konnten, mit einem „x“ gekennzeichnet (z.B. xP). Zusätzlich wurde eine weitere Kategorie für Luftmassen der mittleren Breiten (Sp) eingeführt.
In der heutigen Meteorologie wird zur genauen Beschreibung von Luftmassen die sogenannte äquivalentpotenzielle Temperatur verwendet. Sie beschreibt die Temperatur, die ein Luftpaket hätte, wenn der gesamte Wasserdampf kondensiert und die dabei freiwerdende Kondensationswärme an die Luft abgegeben würde und auf das 1000 hPa-Druckniveau gebracht würde.
Diese Größe erlaubt eine differenzierte Betrachtung der Luftmassen: Warme, feuchte Luftmassen wie die maritime subtropische Luft haben eine hohe, kalte, trockene Luftmassen wie die kontinentale arktische Luft eine niedrige äquivalentpotenzielle Temperatur.
Trägt man diese Temperatur in eine Karte mit Linien gleicher äquivalentpotenzieller Temperatur ein, so erkennt man an den Drängungszonen der Isolinien eine sogenannte Luftmassengrenze. Diese werden je nach relativer Bewegungsrichtung als Warm- oder Kaltfront bezeichnet. Durch die Zirkulation um ein Tiefdruckgebiet werden Warm- und Kaltfronten verwirbelt und aufgewickelt. Dabei vermischen sich die wärmeren und kälteren Luftmassen - es entsteht eine sogenannte Okklusion. Dies ist die Grundlage der Frontentheorie, die ebenfalls von Bejerknes vor über 100 Jahren entwickelt wurde.
