二次污染源是指由一次污染物在環境中經過物理、化學或生物作用發生變化後，形成的新污染物。這些新污染物與一次污染物的物理和化學性狀不同，對環境和人體健康可能造成更大的危害。例如，大氣中的碳氫化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物，在陽光作用下發生光化學反應，生成臭氧（O3）、醛、酮、酸、過氧乙醯硝酸酯（PAN）等二次污染物，這些物質會引起光化學煙霧，對動物、植物和材料有害。
二次污染源的形成機理複雜，防治較為困難。例如，二氧化硫（SO2）在大氣中被氧化後形成的硫酸鹽氣溶膠，汽車排氣中的一氧化氮（NO）發生光化學反應生成的臭氧（O3），都是二次大氣污染物。這些二次污染物可能對人和動物的眼睛和黏膜造成刺激，引起頭痛、呼吸障礙等健康問題，對植物的生長和抵抗力也有負面影響。
在水質污染方面，二次污染源可能包括由管道鏽蝕、微生物長期滯留、地下污水滲透以及蓄水池污染等因素導致的污染物。這些污染物可能包括重金屬、鐵鏽、細菌、病毒、激素、無機物、農藥和泥沙等。