Năm 1970 giáo sư Paul Crutzen chỉ ra khả năng các oxit của nitơ từ phân bón và máy bay siêu thanh có thể làm thâm thủng tầng ozon.

Năm 1974 Frank Sherwood Rowland và Mario J. Molina nhận biết các CFC, giống như các khí khác, là chất xúc tác có hiệu quả cao khi phá vỡ các phân tử ozon.

James Lovelock (tác giả nổi tiếng của giả thuyết Gaia), trong chuyến đi biển Nam Đại Tây Dương vào năm 1971, khám phá rằng phần lớn các thành phần của CFC từ khi phát minh ra chúng vào năm 1930 vẫn còn tồn tại trong bầu khí quyển.

Crutzen, Rowland và Molina nhận giải thưởng Nobel về Hóa học năm 1995 cho những công trình của mình. Dựa trên các công trình của họ, các nhà khoa học dự tính nếu lượng sản xuất CFC tiếp tục tăng hằng năm 10% cho đến năm 1990 và sau đó không đổi, các khí CFC sẽ làm giảm 5% đến 10% lượng ozon toàn cầu vào năm 1995 và 30% đến 50% vào năm 2050.

Mặc dù vậy, lỗ thủng ozon ở Nam Cực với 91 đơn vị Dobson do Farman, Gardiner và Shanklin khám phá (đăng trên báo Nature vào tháng 5 năm 1985) vẫn là một sự kiện ngạc nhiên. Trong tầng bình lưu giá lạnh ở Nam Cực các phản ứng hóa học trong các đám mây tầng bình lưu ở địa cực gây nên sự thâm thủng nhanh hơn dự đoán, gây sự chú ý của toàn cầu.

Cùng thời gian đó, đo đạc từ vệ tinh nhân tạo cho thấy ozon bị thâm thủng nặng ở Nam Cực. Mặc dù vậy, các dữ kiện này đầu tiên bị coi là vô lý và bị bác bỏ bởi các thuật toán kiểm tra chất lượng dữ kiện (chúng bị xem là lỗi và bị sàng lọc ra vì các trị nhỏ ngoài dự đoán); lỗ thủng ozon chỉ được khám phá qua các dữ liệu của vệ tinh khi các dữ liệu thô được xử lý lại sau khi lỗ thủng ozon được chứnh minh qua quan sát tại chỗ.

Thâm thủng ozon được quan sát thấy trên toàn cầu nhưng nhiều nhất là ở các vĩ độ cao (tức là gần các địa cực). Thí dụ được biết đến nhiều nhất là lớp ozon ở Nam Cực bị mỏng đi hằng năm vào mùa xuân ở địa cực.

Từ năm 1981 UNEP bảo trợ cho một loạt các báo cáo về đánh giá khoa học sự thâm thủng ozon. Bản mới nhất là của năm 2002.