Le brouillard radiatif est le type de brouillard le plus courant en zones continentales ; il se forme durant les nuits dégagées, avec un vent calme ou très faible et une humidité relative élevée. Le mécanisme est simple : en l'absence de nuages, la surface terrestre perd de la chaleur efficacement par rayonnement infrarouge vers l'espace. Le sol se refroidit rapidement et, par conduction, refroidit la couche d'air à son contact. Lorsque cette couche atteint le point de rosée, la vapeur d'eau condense en brouillard.
Le brouillard radiatif est particulièrement dense et persistant dans les vallées et bassins fluviaux, où l'air froid et dense s'accumule par gravité (drainage catabatique). Les rivières et barrages apportent une humidité supplémentaire favorisant la condensation. En Espagne, les vallées du Duero, de l'Èbre et du Guadalquivir, la Meseta nord et les plaines des rivières intérieures sont les zones les plus propices, avec des brouillards pouvant persister plusieurs jours en hiver sous des situations d'anticyclone et d'inversion thermique.
Ce type de brouillard se dissipe typiquement après le lever du soleil, lorsque le rayonnement solaire réchauffe le sol et brise l'inversion thermique, bien qu'en hiver il puisse persister toute la journée si l'inversion est forte. Son épaisseur verticale dépasse rarement 200-300 mètres, ce qui permet aux sommets et points élevés de rester dégagés tandis que les vallées restent couvertes — le spectaculaire phénomène de la « mer de nuages ».