La niebla de radiación es el tipo más común de niebla en zonas continentales y se forma durante noches despejadas, con viento en calma o muy débil y alta humedad relativa. El mecanismo es sencillo: en ausencia de nubes, la superficie terrestre pierde calor eficientemente por radiación infrarroja hacia el espacio. El suelo se enfría rápidamente y, por conducción, enfría la capa de aire en contacto con él. Cuando esta capa alcanza el punto de rocío, el vapor de agua condensa formando niebla. La niebla de radiación es especialmente densa y persistente en valles y cuencas fluviales, donde el aire frío y denso se acumula por gravedad (drenaje catabático). Los ríos y embalses aportan humedad adicional que favorece la condensación. En España, los valles del Duero, Ebro y Guadalquivir, la meseta norte y las vegas de los ríos interiores son las zonas más propensas, con nieblas que pueden persistir varios días en invierno bajo situaciones de anticiclón e inversión térmica. Este tipo de niebla se disipa típicamente tras la salida del sol, cuando la radiación solar calienta el suelo y rompe la inversión térmica, aunque en invierno puede permanecer todo el día si la inversión es fuerte y la insolación es insuficiente. El espesor vertical raramente supera los 200-300 metros, lo que permite que las cumbres y puntos elevados permanezcan despejados mientras los valles quedan cubiertos — el espectacular fenómeno del «mar de nubes» tan fotografiado en montañas.