大氣化學主要研究對流層和平流層大氣中主要成分和微量成分的組成、含量、起源和演化等問題。
大氣的化學組成：主要包括對流層和平流層大氣中主要成分和微量成分的組成、含量、起源和演化等問題（見地球大氣演化）。
主要包括碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物、碳氫化物和氣溶膠的源、匯和循環，污染物之間的化學反應和對流層空氣污染形成的化學機制。對空氣污染的化學過程，主要集中研究了兩種類型的機制：
① 二氧化硫的氧化。
二氧化硫是由煤炭、石油等礦物燃料燃燒產生的主要污染物，其中一部分在大氣中被氧化成硫酸或硫酸鹽氣溶膠。由于其比重大，沉降而接近地面，特別是匯聚于谷地或盆地，形成酸霧而造成污染；或者被降水帶下而形成酸雨。硫酸的為害，遠遠超過二氧化硫，所以人們對二氧化硫氧化的機制，進行了許多研究。從很多結果看來，在非污染空氣中，二氧化硫的含量極微，它分別同氫氧自由基(HO·)、氫過氧自由基（H(O2·）和云、霧水滴反應；在污染空氣中二氧化硫的含量較高，它與氫過氧自由基的反應是重要的。并且，在污染空氣中還存在著過渡金屬（如錳）的多相催化反應。
② 臭氧的形成化學。
隨著機動車輛的發展，光化學煙霧污染問題日益突出。它是由氮氧化物和碳氫化物在紫外輻射作用下發生光解反應和一系列氧化反應生成臭氧和其他氧化物 (如過氧乙酰硝酸酯PAN和醛類等)而造成的。通過室內外煙霧箱模擬反應及計算機對復雜反應系列的計算結果看來，氧化反應中起主要作用的也是氫氧自由基和氫過氧自由基。1979年研究發現，當有芳香胺污染物存在時，煙霧中能檢出致癌物亞硝胺。此外，對非污染地區臭氧形成問題的研究，發現一氧化碳的氧化也很重要。 20世紀70年代以來，已注意研究多種污染物之間的相互作用和共同效應。