Meteorologiassa termi “isotermi” viittaa ääriviivaan, joka yhdistää sääkartan pisteet, joiden lämpötila on sama tiettynä ajankohtana. Aivan kuten topografisten karttojen ääriviivoja käytetään korkeusgradienttien osoittamiseen, isotermiä käytetään osoittamaan lämpötilan kaltevuuksia. Isotermit näytetään yleensä kartoissa viiden tai kymmenen asteen välein. Niiden kuvaamat lämpötilaerot ilmaistaan usein eri väreillä.
Isotermin käyrä muodostuu lämpötilan vaihteluista kartoitettavalla alueella. Lämpötilaan vaikuttavia tekijöitä ovat korkeus, vesistöjen läsnäolo, valtameren virtaukset ja leveysaste. Vuoristoalueet, joilla on korkeampi korkeus, ovat yleensä kylmempiä kuin alemmat alueet, mikä aiheuttaa näiden alueiden ympärillä olevien isotermien käyristymisen jyrkästi. Isotermit kaartuvat myös valtameren ja maan rajoilla valtamerien lieventävän vaikutuksen vuoksi äärimmäisiin lämpötiloihin. Valtamerien ominaislämpö on korkeampi kuin maan, mikä tarkoittaa, että niiden lämpötilan nostaminen tai alentaminen vaatii enemmän lämpöä tai kylmää, joten valtameren keskilämpötilat ovat yleensä vakaampia kuin sisäiset lämpötilat.
Lämpötila laskee leveysasteen kasvaessa, joten isotermit osoittavat yleensä tasaista kaltevuutta liikkuessaan napojen suuntaan. Napapiiri määritetään usein heinäkuun 50 asteen (10 celsius) isotermillä. Vaikka tämä isotermi muuttuu ilmastotekijöiden perusteella, se yleensä kaartuu Venäjän ja Kanadan yläosien yli heinäkuun aikana ja kiertää pohjoisnapaa.
Isotermigradientti voi vaihdella vuodenajan mukaan. Talvella auringon säteilyn ja siten myös lämpötilan vaihtelu vaihtelee laajemmin matalan ja korkean leveysasteen välillä. Tämä tarkoittaa, että isotermigradientti on talvikuukausina maailmanlaajuisesti ”jyrkempi” kuin kesällä, ja kartalla olevat isotermit näkyvät lähempänä toisiaan. Toisin sanoen lämpötilan muutos päiväntasaajan ja navan välillä on suurempi talvella kuin kesällä.
32 asteen Fahrenheit (0 astetta) isotermi on tärkeä sääilmiö. Tällä isotermillä on suuri merkitys sääennusteille, koska se näyttää lämpötilaviivan, jolla sade jäätyy räntää tai lunta. Seuraamalla tätä isotermiä erilaisissa ilmakehän paineissa ennustajat voivat ennustaa liikkeen ja sateen kertymisen tietyllä alueella.
Prosessi, joka tuottaa sameutta ja satunnaisia äärimmäisiä sääolosuhteita, tunnetaan lämpötilan advektiona. Lämpötilan advektio tapahtuu alueilla, jotka ovat barokliinisiä, mikä tarkoittaa, että tuulet puhaltavat isotermisen kaltevuuden poikki. Kylmä advektio tapahtuu, kun kylmää ilmaa kuljetetaan isotermien kautta lämpimämpiin alueisiin, ja lämmin advektio tapahtuu, kun lämmin ilma kuljetetaan kylmempiin alueisiin.