大氣污染直接或間接地影響人體健康，引起感官和生理機能的不適反應，產生亞臨床的和病理的改變，出現臨床體征或存在潛在的遺傳效應，發生急、慢性中毒或死亡等。
成人每天約呼吸10～12立方米的空氣，大氣中的有害化學物質一般是通過呼吸道進入人體的。也有少數的有害化學物質經消化道或皮膚進入人體。大氣污染對健康的影響，取決于大氣中有害物質的種類、性質、濃度和持續時間，也取決于人體的敏感性。例如飄塵對人體的危害作用就取決于飄塵的粒徑、硬度、溶解度和化學成分以及吸附在塵粒表面上的各種有害氣體和微生物等。有害氣體在化學性質、毒性和水溶性等方面的差異，也會造成危害程度的差異。另外，呼吸道各部分的結構不同，對毒物的阻留和吸收也不盡相同。一般地說，進入愈深，面積愈大，停留時間愈長、吸收量也愈大。成年人肺泡總面積約為55～70平方米，而且布滿毛細血管。毒物能很快被肺泡吸收并由血液送至全身，不經過肝臟的轉化就起作用，所以毒物由呼吸道進入機體的危害最大。
大氣中化學污染物的濃度一般比較低，對人體主要產生慢性毒作用。但在某些特殊條件下，如工廠發生事故，使大量污染物驟然排出，或氣象條件突然改變（如出現無風、逆溫、濃霧天氣），或地理位置特殊（如地處山谷、盆地等），使大氣中有害物質不易擴散，這時有害物質的濃度會急劇增加，引起人群急性中毒，尤其對患有呼吸道慢性疾病和心臟病的人會使病情加重甚至死亡，如本書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學物質（如二氧化硫、硫酸霧、氯氣、臭氧、煙塵）被吸入后，會引起支氣管反射性收縮、痙攣、咳嗽、噴嚏和氣道阻力增加。在毒物的慢性作用下，呼吸道的抵抗力會逐漸減弱，誘發慢性呼吸道疾病，嚴重的還可引起肺水腫和肺心性疾病。據流行病學調查資料，城市大氣污染是慢性支氣管炎、肺氣腫和支氣管哮喘等疾病的直接原因或誘因。大氣污染嚴重的地區，呼吸道疾病總死亡率和發病率都高于輕污染區。慢性支氣管炎癥狀隨大氣污染程度的增高而加重。
大氣中的無刺激性有害氣體，由于不能為人體感官所覺察，其危害比刺激性氣體還要大。如一氧化碳通過呼吸道進入血液，可形成碳氧血紅蛋白，造成低血氧癥，致使人體組織缺氧，影響中樞神經系統和酶的活動，出現頭暈、頭痛、惡心、乏力，嚴重時會昏迷致死。
在城市，特別是某些工廠附近的大氣中，還含有潛在危害的化學物質，如鎘、鈹、銻、鉛、鎳、錳、汞、砷、氟化物、石棉、有機氯殺蟲劑等。它們雖然濃度很低，但可在體內逐漸蓄積。大氣中的這些有毒污染物，還可降落在農作物上、水體和土壤，然后被農作物吸收并富集于蔬菜、瓜果和糧食中，通過食物和飲水也能在人體內蓄積，造成慢性中毒。這些物質對機體的危害，在短期內并不明顯，經過長期蓄積，也會影響神經系統、內臟功能和生殖、遺傳等。
大氣中某些有害化學物質還具有致癌作用。它們大部分是有機物，如多環芳烴及其衍生物，小部分是無機物，如砷、鎳、鈹、鉻等。在大氣污染嚴重的城市，煙塵和汽車廢氣中，可檢出30多種多環芳烴組分，其中苯并（a）芘的存在比較普遍，致癌性也最強。五十年代以來，各國城市居民的肺癌發病率和死亡率都在逐漸增高，而且顯著高于農村。
大氣中對人體健康危害較大的另外一類污染物是放射性物質，其主要來自核爆炸產物。一些微小的放射性灰塵能懸浮在大氣中很多年。放射性礦物的開采和加工、放射性物質的生產和應用，也能造成對空氣的污染。污染大氣起主要作用的是半衰期較長的放射性元素，如鈾的裂變產物，其中重要的是90鍶和137銫。放射性元素在體外，對機體有外照射作用；通過呼吸道進入機體，則有內照射作用。放射性物質在肺中的濃度，通常比在其他器官中大，因而肺組織一般受到較強的照射。肺部的巨噬細胞，在吞噬了放射性微粒后，可形成電離密度相當高的放射源。進入肺中的放射性物質能十分迅速地散布到全身。除核爆炸地區外，大氣中的放射性物質，一般不會造成急性放射病，但長時間超過允許范圍的小劑量外照射或內照射，也能引起慢性放射病或皮膚慢性損傷。大氣中放射性物質對人體更重要的影響是遠期效應，包括引起癌變、不育和遺傳的變化或早死等。
