气体污染物可以大分为硫氧化合物、氮氧化合物、碳氢化合物和碳的氧化物等。琉氧化合物中主要是二氧化硫，是目前城市大气污染中的“大户”，其中约90％来自燃烧矿物燃料。死亡4000多人的1952年冬伦敦烟雾事件主要就是由二氧化硫和大量烟尘所造成。氮氧化物中以二氧化氮危害最大，它对眼睛和呼吸道有强烈刺激作用，能引起喉炎和急性哮喘等症，以至发展成肺气肿而死亡。更为严重的是，在阳光紫外线的作用下，二氧化氮分解为一氧化氮和氧原子。不稳定的氧原子和氧分子结合成为臭氧，产生光化学烟雾(光化学烟雾中85％以上是臭氧)。受害者的症状类似二氧化氮中毒，但毒性比二氧化氮大得多，因而也是世界上一大环境公害。城市中二氧化氮主要是汽车尾气排出的。例如，东京汽车排出的二氧化氮占总排放量的70％。此外，二氧化氮和二氧化硫还是生成全球另一主要公害酸雨的主要原因。碳氢化物主要来自燃烧和汽车尾气，其中含有苯并花等致癌物质，并参与生成光化学烟雾。碳的氧化物主要有一氧化碳和二氧化碳，主要是燃烧所产生。一氧化碳是窒息性气体，二氧化碳虽然无毒，但它能引起全球性温室效应和海平面升高等严重问题。
城市大气污染严重程度的季节变化和昼夜变化规律，大体可分为煤炭型和石油型两类。煤炭型是燃煤引起，因此污染强度以对流最强的夏季和白天为最轻，而以逆温最强、对流最弱的冬季和夜间为最重。伦敦烟雾事件就属于这种类型。石油型是石油和石油化学产品和汽车尾气所产生，由于氮氧化物和碳氢化物等生成光化学烟雾时需要较高气温和强烈阳光，因此污染强度变化规律和煤炭型刚刚相反，即以夏季午后发生频率最高，冬季和夜间少或不发生。洛杉肌光化学烟雾就属于这个类型。
此外，城市云量增多的结果，使城区日照时数和太阳辐射量均有减少。城市中烟尘粒子增多的结果，使大气透明度变差，所以有人称城市为“烟霾岛”或“混浊岛”。烟尘大量削弱太阳光中的紫外线部分(在太阳高度较低时甚至可减少30％一50％)，这对城市居民的身体健康也是不利的。