使大气遭污染的各种有毒有害物质主要有废气、烟尘、粉尘、气溶胶和放射性物质以及光化学烟雾等几大类，其成分非常复杂。具体到底有多少种，至今还没有一个准确的观测和统计，但明显产生危害并引起人们关切的污染物，已发现的有1000多种。烟雾是污染大气的罪魁祸首，它含的有毒有害物质大致分为烟尘和气体两部分。在烟尘中，除含有普通灰尘外，还含有对肺危害极大的二氧化硅、强致癌物质三四苯并芘等有机物和铅、铁、锌等有毒金属。
气体中含的有毒有害物质，常见的有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、碳氧化合物等，而二氧化硫是污染大气的最大因子。
各种粉尘作业如石棉、滑石、水泥、矽尘、铅、汞、锌、铬、铍、镉和砷等，以及汽车、飞机和钢铁、化工生产等排放的烟尘废气都会污染大气。核电站和核废料处理工厂排放的放射性元素氪85，也会污染大气。
随着人口的不断增加，工业交通运输业的迅猛发展，排入大气层的污染物随之增多，数以亿万吨计。如每年排入的二氧化就达220亿吨之多，二氧化硫也在2亿吨以上。大大超过大自然再循环系统所能自行“处理”(自净)的能力，使大气污染日益严重。森林、草原和其它绿色植物是制造氧气的“天然工厂”，是净化空气并保持其新鲜的“天然吸尘机”和“天然过滤器”。森林等绿色植物通过光合作用，吐氧吸碳，自然保持大气中氧碳的动态平衡。同时又对进入大气中的各种粉尘起阻挡、过滤、消毒和吸附的作用。地球上的森林、草原被毁就等于地球上的“天然制氧工厂”“天然吸尘机”和“天然过滤器”被毁，使大气层的污染更是雪上加霜。
此外，人类活动扩大到宇宙空间后，又使宇宙空间遭到污染。废弃的火箭和人造卫星残骸及碎片在宇宙空间的轨道上形成了一条飘浮的垃圾带。当过些废弃的人工物体再次坠入大气层时，不仅可能直接给人类带来危害，而且由于进入大气层的内的纳、钡、锶等轻金属元素受到高温摩擦而熔化蒸发，还会对地球的电离层带来不良影响。据联合国的报告和美国宇航局的统计，自1957年前苏联发射人类历史上的第一颗人造地球卫星的40多年中，世界上发射的各种航天器总数已达3600多颗(艘)，目前还在轨道上正常运转的只有400多颗(艘)，其余都变成了残骸——垃圾，仅观察到的就有4740个，难以长期追寻的估计还有5000多个，而直径在1厘米以上碎片则数以万计，更小的碎片则在百万以上。在轨道上飘游的一个碗豆大小的碎片，如与卫星相撞，可产生和一颗手榴弹相当的爆炸力，足以摧毁这颗价值达几亿美元的人造卫星。在过去的25年中，坠入大气层而烧毁的人造宇宙飞行物共有8724件。1969年，前苏联一艘宇宙飞船残骸坠落时击中正在海上航行的日本货船，就使5名船员受重伤。
当然，大气污染也有自然的原因。如火山爆发，大量火山灰和二氧化硫喷入大气层……等。但是城市大气污染有70%～90%是工业窑炉、机动车辆和家庭炉灶及其它人类活动造成的。