Une isotherme (du grec isos « égal » et therme « chaleur ») est une ligne tracée sur une carte météorologique ou climatique reliant tous les points ayant la même température. C'est l'équivalent thermique de l'isobare (pression) et de l'isohyète (précipitation).
Les isothermes sont typiquement tracées tous les 2 ou 5 °C et permettent de visualiser d'un coup d'œil la distribution spatiale de la température : les zones où les isothermes sont très rapprochées indiquent un gradient thermique fort (par exemple, un front froid) et les zones où elles sont espacées indiquent une température relativement uniforme. Sur les cartes de surface, les isothermes suivent approximativement les latitudes mais se déforment selon l'altitude, la proximité de la mer et les courants océaniques.
En météorologie synoptique, l'isotherme 0 °C est particulièrement importante : elle définit l'altitude à laquelle la précipitation passe de la pluie à la neige (la limite pluie-neige se situe généralement 200-400 m en dessous de l'isotherme 0 °C). Les cartes d'isothermes en altitude (850 hPa, ~1 500 m) servent à identifier les masses d'air et à prévoir les températures en surface.