人类活动排放的污染物扩散到空气中。当这类污染物的浓度超过大气的自我净化能力时，将构成空气污染，尤其是工业生产中产生的废气如果不经过废气治理设备的处理，排放到大气中将会直接或间接影响人类健康。空气中的有害化学物质一般通过呼吸道进入人体，少量有害化学物质通过消化道或皮肤进入人体。
空气污染对健康的影响取决于空气中有害物质的类型、性质、浓度和持续时间，以及人类的敏感性。例如，浮尘对人体的有害影响取决于浮尘的粒度、硬度、溶解度和化学成分，以及吸附在尘粒表面的各种有害气体和微生物。有害气体的化学性质、毒性和水溶性的差异也会造成危害程度的差异。此外，呼吸道各部分的结构不同，毒素的滞留和吸收也不同。通常，进入深度越深，面积越大，停留时间越长，吸收越大。
空气中化学污染物的浓度通常较低，这主要对居民产生慢性毒性影响。然而，在一些特殊条件下，如工厂发生事故导致大量污染物突然排放，或气象条件突然变化（如无风、逆温、大雾天气），或特殊地理位置（如位于山谷、盆地等），大气中的有害物质不易扩散。此时，有害物质的浓度会急剧增加，造成人的急性中毒，或使患有慢性呼吸道疾病和心脏病的居民病情加重或死亡。吸入直接刺激呼吸道的有害化学物质（如二氧化硫、硫酸雾、氯气、臭氧和烟雾）后，首先刺激上呼吸道粘膜表面的迷走神经末梢，导致反射性支气管收缩、痉挛、咳嗽、打喷嚏和气道阻力增加。在毒药的慢性作用下，呼吸道的抵抗力会逐渐减弱，诱发慢性呼吸道疾病，甚至严重的肺水肿和肺心病。
空气中的无刺激性和有害气体比刺激性气体更有害，因为它无法被人体感官检测到，例如一氧化碳。一氧化碳通过呼吸道进入血液，形成羧基血红蛋白，导致低氧血症、组织缺氧，影响中枢神经系统和酶的活动，导致头晕、头痛、恶心、疲劳，严重时甚至昏迷死亡。
空气中的一些有害化学物质也会刺激眼睛和皮肤，一些气味难闻的物质也会引起感官特性的不良反应。大气中的一些有害化学物质也会致癌。其中大部分是有机物质，如多环芳烃及其衍生物，一小部分是无机物质，如砷、镍、铍、铬等。在污染严重的城市的空气粉尘和汽车尾气中可以检测到30多种多环芳烃，其中苯并芘更常见，致癌性最强。在交通繁忙的地区，空气中的铅污染也非常严重。空气中的铅主要来自汽车燃烧含铅汽油后排放的废气中的四乙基铅。空气中的铅主要以颗粒形式存在，大部分小于0.5um，容易扩散。空气中的铅主要通过呼吸道吸入人体。铅在人体内积累。它通常以不溶性磷酸铅的形式沉积在骨架中。少量的铅也储存在肝脏、大脑和其他器官中。轻度铅中毒的早期症状是头晕、失眠、疲劳、记忆力下降、关节疼痛，进一步发展包括腹痛、腹泻、厌食、手脚麻木等。儿童对铅中毒最敏感，几乎所有受害者都有脑瘫、智力低下、癫痫和肾炎的症状。
除了室外空气污染，小环境中的室内空气污染也不容忽视。例如，吸烟对人体的危害是多方面的。据分析，燃烧一支香烟后，产生的烟雾总量为400～500mg，含有4000多种物质，其中许多物质具有刺激性、毒性和致癌性。香烟烟雾对人体最严重的危害是呼吸道。吸烟（主动和被动）是导致肺癌、肺气肿和慢性支气管炎的主要原因。烟雾对人体血液循环也有不利影响。由于吸入烟雾中所含的一氧化碳对血红蛋白的亲和力远大于氧气，因此会导致心脏和其他器官缺氧和缺血。烟雾中的儿茶酚胺还会增加血小板的粘度和血脂浓度，促进血栓形成和动脉粥样硬化。孕妇吸入的烟雾对胎儿特别有害。一氧化碳的摄入会降低母亲的供氧能力，影响胎儿的正常发育。尼古丁可以通过血液进入胎儿并损害肝脏。因此，出生后出生的孩子通常是弱智和病态的。