Lỗ thủng ozon Nam Cực là phần của tầng bình lưu Nam Cực mà mức độ ozon hiện tại đã giảm xuống chỉ còn 33% so với các trị trước năm 1975. Lỗ thủng ozon xuất hiện vào mùa xuân ở Nam Cực, từ tháng 9 cho đến đầu tháng 12, khi gió tây mạnh bắt đầu thổi tuần hoàn trên lục địa và tạo thành bầu chứa khí quyển. Trong các "gió xoáy địa cực" này, hơn 50% ozon vùng phía dưới của tầng bình lưu bị phân hủy trong mùa xuân.[1]

Ánh sáng mặt trời ở các vùng địa cực dao động nhiều hơn ở các nơi khác và trong ba tháng mùa Đông hầu như là tối tăm không có bức xạ mặt trời. Nhiệt độ không khí ở vào khoảng -80 ℃ hay lạnh hơn gần như trong suốt mùa Đông đã tạo nên các đám mây ở tầng bình lưu trên địa cực. Các phần tử của những đám mây này bao gồm axít nitric hay nước đóng băng tạo nên bề mặt cho các phản ứng hóa học gia tăng tốc độ phân hủy các phân tử ozon.

Như đã giải thích ở phần trên, nguyên nhân chính của giảm sút ozon ở Nam Cực và các nơi khác là sự hiện diện của các khí gốc có chứa clo (trước nhất là các CFC và các hợp chất clo với các bon liên quan) bị phân giải khi có tia cực tím tạo thành các nguyên tử clo trở thành chất xúc tác phân hủy ozon. Sự giảm sút ozon do clo là chất xúc tác có thể xảy ra ở trạng thái khí nhưng sẽ tăng đột ngột khi có sự hiện diện của các đám mây tầng bình lưu trên địa cực. Các quá trình quang hóa tham gia tuy phức tạp nhưng đã được tìm hiểu tốt. Quan sát chủ yếu là thông thường phần lớn các clo trong tầng bính lưu ở trong các "hợp chất chứa" bền, chủ yếu là các hydro clorua (HCl) và clo nitrat (ClONO2). Mặc dù vậy trong mùa Đông và Xuân Nam Cực các phản ứng trên bề mặt của các phần tử mây chuyển hóa các hợp chất chứa này trở lại thành các gốc tự do có hoạt tính cao, Cl và ClO. Các đám mây cũng có thể lấy đi NO2 từ khí quyển bằng cách biến đổi chúng thành axít nitric, ngăn không cho ClO vừa được tạo thành có thể bị biến đổi trở lại ClONO2. Ánh sáng cực tím gia tăng trong mùa xuân tạo cho các hợp chất clo phản ứng hủy diệt trên 17% ozon trong khi các hợo chất brôm làm giảm sút thêm 33%. Vai trò của ánh sáng mặt trời trong giảm sút ozon chính là lý do tại sao giảm sút ozon ở Nam Cực lớn nhất vào mùa xuân. Trong mùa Đông, mặc dù có nhiều mây nhất, không có ánh sáng trên địa cực để thúc đẩy các phản ứng hóa học. Phần lớn các ozon bị phá hủy ở phía dưới của tầng bình lưu đối ngược với việc giảm sút ozon ít hơn rất nhiều thông qua các phản ứng thể khí đồng nhất xảy ra trước hết là ở phía trên của tầng bình lưu. Nhiệt độ sưởi ấm vào cuối Xuân phá vỡ các gió xoáy vào trung tuần tháng 12. Khi ấm lên, không khí giàu ozon bay về các vĩ độ thấp, các đám mây tầng bình lưu bị phá hủy, các quá trình làm giảm sút ozon ngưng lại và lỗ thủng ozon được hàn gắn trở lại.