大气化学主要研究对流层和平流层大气中主要成分和微量成分的组成、含量、起源和演化等问题。

大气的化学组成:主要包括对流层和平流层大气中主要成分和微量成分的组成、含量、起源和演化等问题(见地球大气演化)。

主要包括碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物、碳氢化物和气溶胶的源、汇和循环，污染物之间的化学反应和对流层空气污染形成的化学机制。对空气污染的化学过程，主要集中研究了两种类型的机制:

① 二氧化硫的氧化。二氧化硫是由煤炭、石油等矿物燃料燃烧产生的主要污染物，其中一部分在大气中被氧化成硫酸或硫酸盐气溶胶。由于其比重大，沉降而接近地面，特别是汇聚于谷地或盆地，形成酸雾而造成污染;或者被降水带下而形成酸雨。硫酸的为害，远远超过二氧化硫，所以人们对二氧化硫氧化的机制，进行了许多研究。从很多结果看来，在非污染空气中，二氧化硫的含量极微，它分别同氢氧自由基(HO·)、氢过氧自由基(H(O2·)和云、雾水滴反应;在污染空气中二氧化硫的含量较高，它与氢过氧自由基的反应是重要的。并且，在污染空气中还存在着过渡金属(如锰)的多相催化反应。

② 臭氧的形成化学。随着机动车辆的发展，光化学烟雾污染问题日益突出。它是由氮氧化物和碳氢化物在紫外辐射作用下发生光解反应和一系列氧化反应生成臭氧和其他氧化物 (如过氧乙酰硝酸酯PAN和醛类等)而造成的。通过室内外烟雾箱模拟反应及计算机对复杂反应系列的计算结果看来，氧化反应中起主要作用的也是氢氧自由基和氢过氧自由基。1979年研究发现，当有芳香胺污染物存在时，烟雾中能检出致癌物亚硝胺。此外，对非污染地区臭氧形成问题的研究，发现一氧化碳的氧化也很重要。 20世纪70年代以来，已注意研究多种污染物之间的相互作用和共同效应。

平流层化学的中心问题是臭氧的光化学反应，在太阳紫外辐射照射下，平流层臭氧经历强烈的光化学过程。20世纪60年代以来，人类活动对臭氧层的影响，引起了人们的密切关注。曾经认为超音速飞机的飞行将使氮氧化物排入平流层而破坏臭氧，这将造成在地球表面小于0.3微米波长的紫外辐射强度加大，引起皮肤癌的增加和农业生产降低。对含氟氯烃类化合物也有类似的担忧，它们在对流层是化学稳定的，但在平流层可以进行光分解而破坏臭氧。这个问题还存在着看法上的分歧，尤其是对于氮氧化物的影响，还有待进一步研究(见大气臭氧层)。

主要包括气溶胶的化学组成(硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶和有机物气溶胶)，二次气溶胶的形成机制，气溶胶的长距离传输，以及多相反应化学等。长期以来，人们对气溶胶只着重于物理性质的研究，从20世纪70年代以来，气溶胶化学的研究逐渐引起注意。特别是多相反应化学，已引起重视，它主要包括以下三方面:

① 气体-微粒的相互作用。在正常条件下，气溶胶微粒对气体物质的物理和化学的吸附作用，对于气体浓度基本上没有影响，但是表面层的吸附，对气溶胶的光学性质以及作为水滴成核剂的性质，却有着显著影响。

② 气体-微粒的转换。蒸汽经过成核作用可以形成新的微粒，可以在已有的微粒表面凝聚，或和微粒反应。对这些现象的定性观察已有不少，但尚需进行定量的研究。

③ 多相催化。在室温和光照的条件下，一氧化氮可以被催化氧化为二氧化氮。有的研究提出了吸附在二氧化硅上的含氟氯烃类的光催化分解，可是这方面的工作仍未引起重视。

主要包括降水的化学组成，降水过程中的化学问题，以及当前引起普遍重视的酸雨的形成和机制等。