大气污染直接或间接地影响人体健康，引起感官和生理机能的不适反应，产生亚临床的和病理的改变，出现临床体征或存在潜在的遗传效应，发生急、慢性中毒或死亡等。
成人每天约呼吸10～12立方米的空气，大气中的有害化学物质一般是通过呼吸道进入人体的。也有少数的有害化学物质经消化道或皮肤进入人体。大气污染对健康的影响，取决于大气中有害物质的种类、性质、浓度和持续时间，也取决于人体的敏感性。例如飘尘对人体的危害作用就取决于飘尘的粒径、硬度、溶解度和化学成分以及吸附在尘粒表面上的各种有害气体和微生物等。有害气体在化学性质、毒性和水溶性等方面的差异，也会造成危害程度的差异。另外，呼吸道各部分的结构不同，对毒物的阻留和吸收也不尽相同。一般地说，进入愈深，面积愈大，停留时间愈长、吸收量也愈大。成年人肺泡总面积约为55～70平方米，而且布满毛细血管。毒物能很快被肺泡吸收并由血液送至全身，不经过肝脏的转化就起作用，所以毒物由呼吸道进入机体的危害最大。
大气中化学污染物的浓度一般比较低，对人体主要产生慢性毒作用。但在某些特殊条件下，如工厂发生事故，使大量污染物骤然排出，或气象条件突然改变（如出现无风、逆温、浓雾天气），或地理位置特殊（如地处山谷、盆地等），使大气中有害物质不易扩散，这时有害物质的浓度会急剧增加，引起人群急性中毒，尤其对患有呼吸道慢性疾病和心脏病的人会使病情加重甚至死亡，如本书前述某些公害事件就是典型事例。
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、烟尘）被吸入后，会引起支气管反射性收缩、痉挛、咳嗽、喷嚏和气道阻力增加。在毒物的慢性作用下，呼吸道的抵抗力会逐渐减弱，诱发慢性呼吸道疾病，严重的还可引起肺水肿和肺心性疾病。据流行病学调查资料，城市大气污染是慢性支气管炎、肺气肿和支气管哮喘等疾病的直接原因或诱因。大气污染严重的地区，呼吸道疾病总死亡率和发病率都高于轻污染区。慢性支气管炎症状随大气污染程度的增高而加重。
大气中的无刺激性有害气体，由于不能为人体感官所觉察，其危害比刺激性气体还要大。如一氧化碳通过呼吸道进入血液，可形成碳氧血红蛋白，造成低血氧症，致使人体组织缺氧，影响中枢神经系统和酶的活动，出现头晕、头痛、恶心、乏力，严重时会昏迷致死。
在城市，特别是某些工厂附近的大气中，还含有潜在危害的化学物质，如镉、铍、锑、铅、镍、锰、汞、砷、氟化物、石棉、有机氯杀虫剂等。它们虽然浓度很低，但可在体内逐渐蓄积。大气中的这些有毒污染物，还可降落在农作物上、水体和土壤，然后被农作物吸收并富集于蔬菜、瓜果和粮食中，通过食物和饮水也能在人体内蓄积，造成慢性中毒。这些物质对机体的危害，在短期内并不明显，经过长期蓄积，也会影响神经系统、内脏功能和生殖、遗传等。
大气中某些有害化学物质还具有致癌作用。它们大部分是有机物，如多环芳烃及其衍生物，小部分是无机物，如砷、镍、铍、铬等。在大气污染严重的城市，烟尘和汽车废气中，可检出30多种多环芳烃组分，其中苯并（a）芘的存在比较普遍，致癌性也最强。五十年代以来，各国城市居民的肺癌发病率和死亡率都在逐渐增高，而且显著高于农村。
大气中对人体健康危害较大的另外一类污染物是放射性物质，其主要来自核爆炸产物。一些微小的放射性灰尘能悬浮在大气中很多年。放射性矿物的开采和加工、放射性物质的生产和应用，也能造成对空气的污染。污染大气起主要作用的是半衰期较长的放射性元素，如铀的裂变产物，其中重要的是90锶和137铯。放射性元素在体外，对机体有外照射作用；通过呼吸道进入机体，则有内照射作用。放射性物质在肺中的浓度，通常比在其他器官中大，因而肺组织一般受到较强的照射。肺部的巨噬细胞，在吞噬了放射性微粒后，可形成电离密度相当高的放射源。进入肺中的放射性物质能十分迅速地散布到全身。除核爆炸地区外，大气中的放射性物质，一般不会造成急性放射病，但长时间超过允许范围的小剂量外照射或内照射，也能引起慢性放射病或皮肤慢性损伤。大气中放射性物质对人体更重要的影响是远期效应，包括引起癌变、不育和遗传的变化或早死等。
大气中的生物性污染物是一种空气变应原，主要有花粉和一些霉菌孢子。这些由空气传播的物质，能在个别人身上引起过敏反应。空气变应原可诱发鼻炎、气喘、过敏性肺部病变。另一种是病原微生物。抵抗力较弱的病原微生物在日光照射、干燥的条件下，很容易死亡，一般空气中，数量很少。抵抗力较强的病原微生物，如结核杆菌、碳疽杆菌、化脓性球菌，能附着在尘粒上污染大气。
