臭氧層破洞的原因主要是由於人類活動中的消耗臭氧層物質（ODS）的使用和排放。這些物質包括氯氟烴（CFCs）、哈龍類物質、氮氧化物等，其中CFCs是最主要的元兇。CFCs在大氣中非常穩定，可以在對流層中存在幾十年甚至上百年，最終通過極地大氣環流和熱氣流上升進入平流層。在平流層中，強烈的太陽紫外線照射使CFCs分子發生解離，釋放出活性氯和溴原子，這些活性原子可以破壞臭氧分子，導致臭氧層破壞。
此外，農業化肥的大量使用、生物質的大量燃燒也會產生氧化氮，這也是破壞臭氧層的重要因素。臭氧層的破壞導致地球表面接收到的紫外線量增加，這不僅會破壞包括DNA在內的生物分子，還會增加罹患皮膚癌、白內障的機率，並且與許多免疫系統疾病有關。