Une isotherme de température, ou plus simplement isotherme, est une ligne ou frontière fictive au niveau de laquelle la température est constante. On peut définir une infinité d'isotherme, pour chaque température mesurable.
La construction d'isothermes pour l'atmosphère est réalisée par le traitement informatique ou manuel de mesures enregistrées par des ballon-sondes, dans le cadre des prévisions météorologiques. Une isotherme est une donnée qui renseigne non seulement sur la température en atmosphère libre, mais aussi sur la façon dont évolue par exemple la pression atmosphérique en corrélation avec les conditions météo à un moment donné.
Á l'inverse, on peut également construire des isothermes pour la température du sous-sol terrestre, solaire, etc.
Aux isothermes sont liées les températures et leurs variations ; à ces secondes mesures sont rattachées des variations de grandeurs physiques diverses – pression, transformation de la matière...