Mỗi năm 1 khu vực lớn có nồng độ ôzôn thấp hay lỗ thủng ôzôn phát triển khắp Châu Nam Cực. Lỗ hổng này bao phủ gần như toàn bộ lục địa này và nó mở rộng lớn nhất vào tháng 9/2008, và kéo dài dài nhất cho đến tháng 12.[40] Lỗ hổng này được các nhà khoa học phát hiện vào năm 1985[41] và hiện đang mở rộng trong những năm quan sát được. Lỗ thủng tầng ôzôn là do sự phát thải của các khí CFC vào khí quyển, chất khí này làm phân hủy ôzôn thành các khí khác.[42]

Một số nghiên cứu khoa học cho rằng sự suy giảm tầng ôzôn có thể có vai trò chủ đạo trong việc quản trị sự thay đổi khí hậu ở Châu Nam Cực (và các khu vực rộng hơn ở Nam Bán Cầu).[41] Ôzôn hấp thụ 1 lượng lớn các tia tử ngoại ở tầng bình lưu. Sự suy giảm ôzôn ở Châu Nam Cực có thể làm nhiệt độ lạnh đi khoảng 6 °C ở tầng bình lưu địa phương. Sự lạnh đi này có tác dụng tăng cường gió tây thổi xung quanh lục địa này và điều đó làm ngăn cản dòng không khí lạnh thổi ra gần Cực Nam. Kết quả là, lục địa của mũ băng đông Nam Cực được giữ ở nhiệt độ thấp hơn, và các khu vực ngoại vi của Châu Nam Cực, đặc biệt là bán đảo Nam Cực, có nhiệt độ cao hơn làm thúc đẩy băng tan nhanh hơn.[41] Các mô hình cũng đề xuất rằng sự suy giảm ôzôn/tăng cường ảnh hưởng của polar vortex cũng góp phần làm tăng băng biển gần đây ở ngoài khơi gần lục địa này.[43]