Một chất gây ô nhiễm không khí là một chất trong không khí có thể gây hại cho con người và hệ sinh thái. Chất này có thể là các hạt rắn, giọt chất lỏng, hoặc khí. Chất gây ô nhiễm có thể có nguồn gốc tự nhiên hoặc do con người tạo ra. Chất gây ô nhiễm được phân loại sơ cấp và thứ cấp. Các chất gây ô nhiễm sơ cấp thường được phát thải từ quá trình chẳng hạn như tro từ phun trào núi lửa, từ các hoạt động sản xuất.

Các ví dụ khác bao gồm khí carbon monoxit từ khí thải động cơ, hoặc sulfur dioxit thải ra từ các nhà máy. Các chất gây ô nhiễm thứ cấp không phát ra trực tiếp. Thay vào đó, chúng hình thành trong không khí khi các chất ô nhiễm sơ cấp phản ứng hoặc tương tác với các thành phần môi trường. Ozon tầng mặt đất là một ví dụ nổi bật của một chất gây ô nhiễm thứ cấp. Một số chất ô nhiễm có thể là cả sơ cấp và thứ cấp: chúng được thải trực tiếp và tạo thành từ các chất ô nhiễm chính khác.

Các chất ô nhiễm phát thải vào trong không khí do hoạt động của con người bao gồm:

• Carbon dioxite (CO2) - Nó có vai trò như là một khí gây hiệu ứng nhà kính hàng đầu, được mô tả như là "chất gây ô nhiễm hàng đầu"[3] và "ô nhiễm khí hậu tồi tệ nhất"..[4] Cacbon điôxít là một thành phần tự nhiên của khí quyển, cần thiết cho đời sống thực vật và được thải ra bởi hệ thống hô hấp của con người.[5] CO2 hiện chiếm khoảng khoảng 405 phần triệu (ppm) khí quyển Trái Đất, so với khoảng 280 ppm trong thời kỳ tiền công nghiệp,[6] và hàng tỷ tấn CO2 được phát thải hàng năm bằng việc đốt các nhiên liệu hóa thạch.[7] Hiện nay nồng độ CO2 trong khí quyển của Trái Đất ngày một tăng.[8]
• Sulfur oxit (SOx) - đặc biệt sulfur dioxit, một hợp chất hóa học có công thức SO2. SO2 được tạo ra bởi các núi lửa và trong các quy trình sản xuất công nghiệp khác nhau. Than và dầu mỏ thường chứa các hợp chất lưu huỳnh, và sự đốt cháy của chúng tạo ra sulfur dioxide. Quá trình oxy hóa SO2, thường ở sự hiện diện của một chất xúc tác như NO2, hình thành H2SO4, và do đó mưa acid. Đây là một trong những nguyên nhân gây ra mối quan ngại về tác động môi trường của việc sử dụng các nhiên liệu này làm nguồn năng lượng.
• Oxit nitơ (NOx) - Các oxit nitơ, đặc biệt là nitơ dioxit, bị thải ra khỏi quá trình đốt cháy nhiệt độ cao và cũng được sản sinh trong các cơn dông do sự phóng điện. Nitơ dioxit là một hợp chất hóa học có công thức NO2.Nó là một trong vài oxit nitơ. Một trong những chất gây ô nhiễm không khí nổi bật nhất, chất khí độc màu nâu đỏ này có mùi đặc trưng.
• Carbon monoxit (CO) - CO là một loại khí không màu, không mùi, độc nhưng không gây kích thích. Nó là sản phẩm của sự đốt cháy hông đầy đủ của nhiên liệu như khí tự nhiên, than đá hoặc gỗ. Khói xả từ các phương tiện giao thông là một nguồn chính của carbon monoxide.
• Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) - VOCs là một chất gây ô nhiễm không khí ngoài trời. Chúng được phân loại là metan (CH4) hoặc không phải là metan (NMVOCs). Methane là một khí nhà kính góp phần làm tăng sự ấm lên toàn cầu. Các VOCs hydrocacbon khác cũng là các khí nhà kính quan trọng vì vai trò của chúng trong việc tạo ra ozon và kéo dài tuổi thọ Methane, tùy thuộc vào chất lượng không khí địa phương. Các benzen thơm, toluene và xylene được nghi ngờ có chất gây ung thư và có thể dẫn đến bệnh bạch cầu với tiếp xúc kéo dài. 1, 3-butadien là một hợp chất nguy hiểm khác thường liên quan đến việc sử dụng trong công nghiệp.
• Các hạt mịn (PM), là các hạt rắn rất nhỏ ở dạng rắn hoặc lỏng lơ lửng dạng khí. Khác biệt với các sol khí là sự kết hợp các hạt mịn và khí. Một số dạng hạt xuất hiện trong tự nhiên có nguồn gốc từ núi lửa, bão bụi cháy rừng, thực vật sống và hơi nước biển. Các hoạt động của con người như đốt nhiên liệu hóa thạch trong các động cơ, các nhà máy nhiệt điện và các hoạt động công nghiệp khác cũng tạo ra một lượng đáng kể các sol khí. Trên quy mô toàn cầu, các chất từ nguồn này hiện chiếm khoảng 10% trong bầu khí quyển Trái Đất. Sự gia tăng các hạt mịn trong không khí có mối liên hệ với các tai biến sức khỏe như bệnh tim,[9][10] thay đổi chức năng phổ và ung thư phổi.
• Các kim loại độc như chì và thủy ngân, đặc biệt là các hợp chất của chúng.
• Chlorofluorocarbons (CFCs) - có hại cho tầng ozon; Các khí thải ra từ máy điều hòa không khí, tủ lạnh, bình xịt aerosol... Khi phát tán vào không khí, CFCs tăng lên tầng bình lưu. Ở đây chúng tiếp xúc với các loại khí khác và làm hư tầng ozon. Điều này cho phép các tia cực tím có hại đến được bề mặt Trái Đất. Điều này có thể dẫn đến ung thư da, bệnh về mắt và thậm chí có thể gây hại cho cây trồng.
• Amoniac (NH3) - phát ra từ quá trình sản xuất nông nghiệp. Amoniac là một hợp chất có công thức NH3. Nó thường gặp phải như một loại khí có mùi đặc trưng. Amoniac đóng góp đáng kể vào nhu cầu dinh dưỡng của các sinh vật trên cạn bằng cách làm tiền thân cho thực phẩm và phân bón. Amoniac, trực tiếp hoặc gián tiếp, cũng là một khối xây dựng cho việc tổng hợp nhiều dược phẩm. Mặc dù sử dụng rộng rãi, Amoniac có tính ăn mòn và độc hại. Trong khí quyển, amoniac phản ứng với oxit nitơ và lưu huỳnh để tạo thành các hạt thứ sinh.
• Mùi - chẳng hạn như rác thải, nước thải và quy trình công nghiệp
• Chất phóng xạ - được tạo ra bởi các vụ nổ hạt nhân, chiến tranh, và các quá trình tự nhiên như phân rã phóng xạ của radon.

Các chất gây ô nhiễm thứ cấp gồm:

• Hàm lượng được tạo ra từ các chất ô nhiễm chính và các hợp chất trong khói quang hóa. Sương khói là một loại ô nhiễm không khí. Sương khói cổ điển là kết quả của lượng than đốt lớn trong một khu vực do hỗn hợp khói và lưu huỳnh dioxit. Khói hiện đại thường không đến từ than nhưng từ khí thải xe cộ và công nghiệp đang được hoạt động trên trong khí quyển bởi tia cực tím ánh sáng từ mặt trời để tạo thành các chất ô nhiễm thứ cấp cũng kết hợp với lượng khí thải chủ yếu để tạo thành sương khói quang hóa.
• Ozone tầng mặt (O3) được hình thành từ NOx và VOCs. Ozone (O3) là thành phần quan trọng của tầng đối lưu. Nó cũng là một thành phần quan trọng của một số khu vực của tầng bình lưu được biết đến như là tầng ôzôn. Các phản ứng quang hóa và hóa học dẫn tới quá trình hóa học xảy ra trong bầu khí quyển vào ban ngày và ban đêm. Ở nồng độ cao bất thường do các hoạt động của con người gây ra (chủ yếu là sự đốt cháy nhiên liệu hóa thạch), nó là một chất gây ô nhiễm, và là thành phần của sương khói.
• Peroxyacetyl nitra (C2H3NO5) - hình thành tương tự từ NOx và VOCs.