Esistono dei particolari fenomeni atmosferici, le inversioni termiche, che impediscono il normale rimescolamento delle masse d'aria. In genere, la temperatura dell’aria decresce man mano che aumenta l’altezza (circa 6,7°C per Km) permettendo alle masse d’aria più calde, meno dense, di salire e prendendo il posto dell’aria più fredda che scende.
Normalmente, dato che quest’aria calda è anche quella più inquinata, perché si trova nella zona delle maggiori emissioni inquinanti (bassa troposfera), ne risulta un rimescolamento dei vari strati della troposfera che porta ad una riduzione della concentrazione dei contaminanti atmosferici. In alcuni casi, però, si possono formare degli strati d’aria più calda a qualche decina o centinaia di metri d’altezza (inversione termica) per cui lo strato sottostante non sale e ristagna al suolo: la conseguenza inevitabile è l’accumulo delle sostanze inquinanti. Le inversioni termiche si formano solitamente nelle notti limpide subito dopo il tramonto, a causa del rapido raffreddamento del terreno (che a sua volta provoca un rapido raffreddamento dell’aria con cui è a contatto).
Questo fenomeno è detto inversione termica di tipo radiativo e in genere termina col riscaldamento mattutino della superficie terrestre; se questo non avviene gli inquinanti si possono accumulare anche per più giorni consecutivi, con tutti i problemi che ciò comporta. I più importanti agenti inquinanti si possono classificare, indipendentemente dalla loro origine, in primari e secondari.
Primari sono gli inquinanti che vengono immessi direttamente nell’ambiente in seguito al processo che li ha prodotti. Gli inquinanti secondari sono, invece, quelle sostanze che si formano dagli inquinanti primari (sia antropogenici che naturali) a seguito di modificazioni di varia natura causate da reazioni che, spesso, coinvolgono l’ossigeno atmosferico e la luce. I principali inquinanti primari sono quelli emessi nel corso dei processi di combustione di qualunque natura, cioè il monossido di carbonio, il biossido di carbonio, gli ossidi di azoto (principalmente come monossido di azoto), le polveri e gli idrocarburi incombusti. Nel caso in cui i combustibili contengano anche zolfo, si ha inoltre emissione di anidride solforosa.