La couche de mélange (mixing layer) est la zone de la couche limite planétaire où la turbulence maintient bien mélangés les polluants, la chaleur et l'humidité. Sa hauteur détermine la concentration des polluants au niveau de la surface.
La nuit, la couche se réduit à 100-300 m sous une inversion thermique, concentrant les polluants (heures de pointe de smog). À midi, la convection l'étend à 1-3 km, diluant la pollution. En situations anticycloniques persistantes, la subsidence écrase la couche de mélange, créant des épisodes de pollution sévère dans des villes comme Madrid.