Luchtverontreiniging kunnen we omvatten als een door menselijke activiteit of natuurverschijnselen in de samenstelling van de atmosfeer teweeggebrachte veranderingen. Daardoor kan schade worden toegebracht aan de gezondheid van mens, dier en plant, aan materialen en cultuurgoederen en kunnen zelfs klimaatveranderingen worden veroorzaakt. Het luchtverontreinigingsprobleem hangt samen met de sterk toegenomen verstedelijking en industrialisatie, de exponentieel toegenomen energiebehoefte voor productie, transport en comfort, alsook de intensieve veeteelt.

Zowel ten aanzien van de bron als van de aard van de verontreiniging zijn globaal drie categorieën te onderscheiden:
1. verbranding van o.m. zwavelhoudende fossiele brandstoffen ten behoeve van woningverwarming en energieopwekking;
2. gemotoriseerd verkeer (uitlaatgassen);
3. industriële activiteiten, o.m. in de chemische en metallurgische nijverheid.

Veel voorkomende bestanddelen zijn zwaveldioxide, rook, roet, vliegas, nitreuze gassen (hoge vlamtemperaturen, verkeer), koolmonoxide, aldehyden en lood (verkeer), koolwaterstoffen (aardolieraffinaderijen), zuren, fluoriden (keramiek-, kunstmest-, aluminiumfabricage), stankstoffen en organische peroxiden.
Kooldioxide, op zichzelf een onschadelijk gas, is verantwoordelijk voor het broeikaseffect, met een stijging van de zeespiegel als mogelijk gevolg. De lang inert geachte chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's) interageren via fotochemische processen met de beschermende ozonlaag , waardoor het leven op aarde in toenemende mate aan ultravoilette straling wordt blootgesteld. Vanwege het grensoverschrijdend karakter van luchtverontreiniging is een internationale aanpak noodzakelijk.

Reeds in 1306 werd in Londen een verbod uitgevaardigd kolen te stoken wegens de rookoverlast en in 1661 verscheen: Fumi fugium or The inconvenience of the aer and smoake over London dissipated, door John Evelyn. Bijzondere meteorologische omstandigheden, waardoor rook in de Belgische Maasvallei bleef hangen, waren in 1930 oorzaak van een catastrofale vorm van luchtverontreiniging; in de eerste week van december werden duizenden mensen ziek en stierven ca. 60 personen. Vergelijkbare omstandigheden deden zich voor in 1948 in de Verenigde Staten in Donora (Pa.) en op 9 dec. 1952 in Londen; het aantal doden was ca. 4000. Sedert de jaren veertig is ernstige luchtverontreiniging een regelmatig voorkomend euvel geworden in vele bevolkingscentra van Amerika; de eerste wettelijke maatregelen tegen de fotochemische smog in Los Angeles dateren van 1948. Sedert de jaren zestig werden ook de bevolkingscentra in andere industrieel hoog ontwikkelde gebieden (West-Europa, Japan) in toenemende mate met het verschijnsel geconfronteerd. Ook in de miljoenensteden in andere landen komt op grote schaal luchtverontreiniging voor: o.a. Mexico-City, São Paulo, Athene, Caïro.
Bij de natuurlijke vormen van luchtverontreiniging zijn vermeldenswaard: vulkanische verschijnselen, bos- en heidebranden, gisting en rotten van organisch materiaal, het verspreiden van stuifmeel, van stofzand of van zeezout door de wind.

Bij een gegeven lozing van verontreinigende stoffen in de atmosfeer (emissie) worden de nabij het grondniveau bereikte concentraties (immissies) hoofdzakelijk bepaald door meteorologische en topografische factoren. De verspreiding van luchtverontreiniging in de vorm van gassen en kleine deeltjes hangt af van de verticale luchtbeweging, wind en turbulentie. Naarmate de onregelmatige luchtbewegingen krachtiger zijn, zijn de optredende diffusie en verspreiding sterker, met als gevolg een snelle verlaging van de concentratie met toenemende afstand tot de bron.
Zulks is in toenemende mate het geval al naar gelang:
1. de stabiliteit van de atmosfeer geringer is;
2. de windsnelheid groter is;
3. het terrein waarboven de diffusie plaatsvindt, een grotere ruwheid vertoont. Ook de wijze van lozing is bepalend.

Uitersten van een scala aan mogelijkheden zijn:
a. een hoog boven de grond gelegen puntbron, zoals de mond van een geïsoleerde fabrieksschoorsteen;
b. een laag gelegen oppervlaktebron, zoals een grote stad, waarin diffuus op vele plaatsen verontreiniging in de atmosfeer wordt gebracht, o.a. door het verkeer. Bij de hoge puntbron is sterke turbulentie (als gevolg van onstabiliteit van de atmosfeer ter plaatse) ongunstig, omdat daardoor de verontreiniging relatief snel uit het niveau van de puntbron naar het aardoppervlak wordt gevoerd. Geringe turbulentie is in dat geval gunstig. Krachtige wind is altijd gunstig, zowel door menging van de verontreiniging met grote hoeveelheden lucht, als door het ontstaan van verticale bewegingen ten gevolge van het ruwe oppervlak.

In de atmosfeer daalt zowel luchtdruk als luchttemperatuur met toenemende hoogte. In een neutrale atmosfeer bedraagt de temperatuursdaling zowat 1 °C per 100 m. In een stabiele atmosfeer is deze daling minder, hetgeen verticale beweging, in casu stijging van warmte en daling van koude luchtmassa's, tegenwerkt. In een onstabiele atmosfeer is daarentegen het verticale temperatuursverschil sterker, hetgeen beweging en verspreiding bevordert.
Stagnaties in de verticale luchtbeweging treden regelmatig doch gewoonlijk kortstondig op, zoals in de vroege ochtend, wanneer de luchtlagen dicht aan het aardoppervlak kouder zijn dan die erboven. Indien een dergelijk temperatuurverloop in de atmosfeer (inversie - zie tekening) met laaghangend inversieplafond enkele dagen aanhoudt, zoals bij geringe windsnelheid in herfst en winter wel voorkomt, kan cumulatie van verontreinigingen (vorming van smog) optreden met soms ernstige gevolgen. Door de inwerking van zonlicht op stikstofoxiden (NO + NO2) en organische verbindingen kunnen bij het aardoppervlak organische peroxiden zoals peroxiacylnitraat (PAN) en verhoogde concentraties aan o.a.ozon ontstaan (fotochemische smog).
Relatief grote deeltjes vallen onder invloed van de zwaartekracht vlak bij de emissiebron neer, hoewel ze door wind of plaatselijke turbulenties verder meegesleurd kunnen worden. Dit zelfreinigend proces verloopt via droge of natte depositie. De rechtstreekse inwerking of afzetting van de vuilende stoffen op bodem, planten of materialen wordt droge depositie genoemd; bij natte depositie vindt de afzetting na absorptie in wolken of in regendruppels plaats.
De op grondniveau aanwezige maximale (immissie)concentraties zijn omgekeerd evenredig aan het kwadraat van de hoogte waarop de as van de pluim zich bevindt (de schoorsteenhoogte, vermeerderd met de verhoging die de pluim ondergaat). Thermische pluimstijging treedt op indien de ontsnappende gassen warmer zijn dan de omgevende lucht; kinetische pluimstijging is het gevolg van de beduidende verticale snelheid (8 à 15 m/s), waarmee de gassen veelal de schoorsteenmond verlaten.

Beïnvloeding van de gezondheid van de mens vindt o.m. plaats door inademing (inhalatie) van deeltjes, gassen en dampen. Niet alleen hoge concentraties gedurende korte tijd, maar ook lage concentraties gedurende lange tijd (enkele decennia) kunnen een nadelige invloed op de gezondheid uitoefenen. Bestaande aandoeningen, zoals chronische bronchitis of astma, kunnen erdoor verergeren. Als schadelijk zijn aan te merken: zwaveldioxide, zwavelzuur, roet, andere zwevende deeltjes, koolmonoxide, stifstofoxiden, sommige koolwaterstoffen, ozon, organische peroxiden, fluorverbindingen, diverse zware metalen (o.m. lood) en hun verbindingen en kankerverwekkende asbeststof.
De gezondheid van dieren wordt vnl. beïnvloed via de voeding door opname van deeltjes die op gewassen zijn neergeslagen of via oplossing in het bodemvocht in de planten terecht zijn gekomen. Indien gras besmet is met fluoriden, kan het vee bot- en gebitaandoeningen (fluorosis) krijgen en minder melk gaan geven.
Bij planten varieert de gevoeligheid naar soort, groeifase en klimaatfactoren, afhankelijk van de aard van de verontreiniging en de expositieduur. Schade aan blad, bloem of oogst kan o.m. worden veroorzaakt door fluorwaterstof, ozon, alsmede door organische peroxiden. In België wordt rechtstreekse inwerking op planten (plantenschade) genoteerd voor fluorwaterstof, ozon, zwaveldioxide, chloorwaterstofzuur en ammoniakgas. Zure depositie doet zich voor tot op honderden en zelfs duizenden kilometers van de bron, o.m. op neerslagrijke heuvels en berghellingen. Emissies uit West-Europa zijn mede verantwoordelijk voor de in Scandinavië beruchte zure regen. Deze verhoogt er de zuurgraad van de daar veelal kalkarme oppervlaktewateren en bodem in zo sterke mate dat sommige planten- en diersoorten (vissen) in hun bestaan bedreigd worden (verzuring).
Metalen corroderen vrij snel door zure bestanddelen in de lucht, waardoor ook sommige soorten cement en natuurlijke kalkgesteenten kunnen worden geërodeerd. Uiteindelijk heeft dit economische gevolgen. Verontreiniging door giftige zware metalen in het zwevend en neervallend stof kunnen bij de mens tot verhoogde opname en gezondheidseffecten leiden. Naast verhoogde rechtstreekse opname via inademing krijgt men vooral te maken met een verhoogde inname via het voedsel. De zware metalen accumuleren immers in de bodem en in de voedingsgewassen.

Om een statistisch verantwoorde schatting te kunnen maken van de plaatselijke luchtverontreiniging wordt gebruik gemaakt van continu metende apparatuur of van meettechnieken, waarmee telkens over korte of lange tijd (minuten tot weken) monsters worden genomen. De meest algemeen verspreide verontreinigende stoffen, m.n. zwaveldioxide, stikstofoxiden, zwevend stof, ozon, totaal koolwaterstoffen en koolmonoxide, worden in automatische meetnetten gemeten. Landelijk of in een bepaalde regio opgestelde meetapparatuur stuurt de resultaten over telefoonlijnen doorlopend aan een centraal verwerkingscentrum. Op die wijze wordt de luchtkwaliteit permanent gevolgd en kan er bij het overschrijden van kritische drempels onmiddellijk worden ingegrepen op de belangrijkste emissiebronnen, die dan van vervuilende brandstof (zware stookolie, steenkool) op zuiver aardgas moeten overschakelen. Het is mogelijk om de karakteristieken (zoals hoogte en debiet) van de emissiebronnen met behulp van wiskundige verspreidingsmodellen om te werken tot omgevingsconcentraties. Het vergelijken van berekende en gemeten luchtkwaliteit leidt tot de optimalisatie van deze modellen, waardoor het mogelijk wordt ten behoeve van het beleid, saneringsscenario's uit te testen, door het invoeren van fictieve gereduceerde emissiecijfers.

Moeilijker meetbaar is de overlast veroorzaakt door stankstoffen, o.m. afkomstig van de intensieve veehouderij of van industriële activiteiten. Mercaptanen kunnen ook vrijkomen bij het raffineren van aardolie of de productie van sulfaatcellulose. Toepassing van geëigende procedures en van constructieve maatregelen, waarbij mogelijk lekkende verbindingen (flenzen, kranen, enz.) hetzij worden vermeden, hetzij extra worden ingesloten, werden reeds eerder met succes toegepast in een methylaminefabriek te Gent. Berucht wegens het optreden van geurhinder zijn in Vlaanderen de vilbeluiken (in Nederland: destructiebedrijven), alsmede de vetsmelterijen. Maar ook de meer aangename geur van koffie- of cichoreibranderijen of chocoladefabrieken wordt door de omgeving niet altijd in dank afgenomen.
Een objectieve bepaling van geurhinder gebeurt meestal via een panel proefpersonen, die individueel in een ‘snuifkar’ aan een geurende luchtstroom worden blootgesteld. Deze laatste wordt vooraf min of meer sterk verdund; aldus wordt de drempel bepaald, beneden welke de gemiddelde proefpersoon de geur niet langer waarneemt.
In een andere methode wordt de lucht gezogen over een adsorbens, waarop de geurcomponenten min of meer volledig worden vastgehouden. Na thermische desorptie of na elutie met een oplosmiddel kunnen deze componenten geïdentificeerd worden via gaschromatografie en massaspectrometrie.
Het optreden van geurhinder kan voorkomen worden door preventieve maatregelen (vers verwerken van slachtafval, koel en ingesloten bewaren), door behandelen van afvallucht door wassen, adsorptie op actieve kool, naverbranding of biofilters, door verspreiding of verdunning en door maskeren.

Bij het voorkomen van de luchtverontreiniging moet er worden van uitgegaan dat deze zoveel mogelijk aan de bron moet worden weerhouden. Verspreiding via hoge schoorstenen leidt tot verschuiving en globalisering van het probleem. De schadelijke stoffen worden dan wel meer verdund, maar ook over langere afstand getransporteerd, zodat ze hun schadelijke werking over grotere en meer afgelegen gebieden uitoefenen en o.m. tot milieuverzuring leiden.
Luchtverontreiniging en de gevolgen ervan kunnen worden voorkomen door geschikte industriële gaszuiveringstechnieken en een gerichte planologie, zoals rekening houden met meteorologische omstandigheden bij het situeren van industrieën ten opzichte van woongebieden, en omgekeerd, massale aanwending van ‘schone’ brandstoffen (zoals aardgas), betere stook- en verbrandingstechnieken, reinigingsinstallaties voor het elimineren van deeltjes en gassen en schonere auto's. Op enkele punten zijn de emissies van zwaveldioxide sterk gedaald. Voorbeelden zijn de productie van zwaveldioxide door het verstoken van fossiele brandstoffen bij de chemische industrie en bij raffinaderijen.

De belangrijkste zuiveringstechnieken zijn ondermeer :
a. het afscheiden van stofdeeltjes door bezinking (stofkamers en -stofkanalen), centrifugaalkracht (cycloonafscheiders), interceptie, inertie en diffusie (doekfilters), elektrostatische oplading en aantrekking (zie elektrostatisch filter) of botsing op waterdruppeltjes (natte stofvangers);
b. het uitwassen van oplosbare gassen en dampen, o.m. SO3, SO2, NO2 of HCl met een geschikte wasvloeistof;
c. de adsorptie van o.m. oplosmiddelen op actieve kool;
d. de thermische of katalytische naverbranding;
e. de verwijdering van NO via thermische of katalytische reacties met ammoniak of ureum.
Op te merken valt dat bepaalde technieken neerkomen op faseoverdracht en de afgescheiden onzuiverheden omzetten in de vorm van vliegas, waswaters, sulfo gips, of andere reststromen, die dan nog verdere behandeling en/of verwijdering behoeven.