大气污染物主要依据来源和形成过程，可以分为两大类：一次污染物和二次污染物。
一次污染物，直接源自污染源，如二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳和颗粒物。它们可分为反应物和非反应物。反应物在大气中易于发生化学反应或催化其他污染物的反应，而非反应物则较少参与此类过程。常见的反应物包括硫酸盐气溶胶和硝酸盐气溶胶，它们的形成往往涉及化学反应或光化学反应，毒性更强于一次污染物。
二次污染物则是由一次污染物在大气中相互作用后产生的新污染物，性质与一次污染物截然不同，如臭氧、光化学氧化剂和活性中间物等。这些污染物主要来源于燃料燃烧和大规模工业活动。
根据污染物的存在状态，大气污染还可分为气溶胶态污染物和气态污染物。气溶胶态污染物包括粉尘、烟、飞灰、黑烟、雾和总悬浮颗粒物，它们由机械过程或自然过程产生，粒径大小各异，影响空气质量。气态污染物主要包括含硫化合物（如二氧化硫）、碳的氧化物（如一氧化碳）、含氮化合物（如一氧化氮和二氧化氮）、碳氢化合物和卤素化合物，它们主要在燃烧和化学反应中形成。
在干洁的大气中，恒量气体的组成是微不足道的。但是在一定范围的大气中，出现了原来没有的微量物质，其数量和持续时间，都有可能对人、动物、植物及物品、材料产生不利影响和危害。当大气中污染物质的浓度达到有害程度，以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件，对人或物造成危害的现象叫做大气污染。造成大气污染的原因，既有自然因素又有人为因素，尤其是人为因素，如工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。