臭氧污染的主要原因包括：
人為污染。工業生產、交通運輸和能源消耗等活動排放的氮氧化物(NOx)和揮發性有機物(VOCs)在大氣中與太陽輻射和氧氣反應，形成臭氧。
地理和氣象條件。地理因素如山脈和城市建築影響空氣流動和擴散，導致臭氧在某些區域積聚；氣象條件如高溫、強陽光、高濕度和靜風增加臭氧的形成和積累。
全球化學過程。臭氧的形成和分布也受到全球化學過程的影響，例如，揮發性有機物和氮氧化物的排放不僅在本地區域產生臭氧污染，還可能通過大氣的長距離傳輸在其他區域形成臭氧。
人為排放的VOCs。特別是機動車尾氣、燃煤電廠、石油化工、塗料生產等，向大氣中排放大量氮氧化物和揮發性有機物，成為造成近地面臭氧污染的罪魁禍首。
NO和NO2的存在。NO2在光照作用下分解出氧原子和NO，氧原子可以與大氣中的氧氣反應生成臭氧，但NO的存在又可以消耗臭氧。VOCs被大氣中的自由基氧化生成一些中間產物，並進一步與NO反應，促進NO向NO2轉化，導致NO2光解生成臭氧。
此外，臭氧在大氣中存在兩個層面：地面臭氧和平流層臭氧。地面臭氧主要是由光化學反應產生的，對人類健康和環境有害；而平流層臭氧是大氣中的一種保護層，能夠過濾掉太陽紫外線，對地球生態系統至關重要。