灰霾的成因，主要与化石能源的燃烧相关。人类活动排放颗粒态污染物，比如水泥厂、发电厂、冶炼厂、工业炉窑都会直接排放颗粒物，汽车尾气会直接排放黑碳粒子，人类活动也会排放二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物等气态污染物。二氧化硫被氧化后会生成硫酸盐，氮氧化物和挥发性有机物（或者说碳氢化合物）在太阳紫外光（蒋承霖等，2012；邓雪娇等，2003）的照射下发生光化学反应（主要是烯烃、烷烃、芳烃这三类物质的反应），这些反应的现象就是臭氧浓度的升高，最终生成了如过氧乙酰硝酸酯等有关的二次气溶胶，这类物质都是气溶胶细粒子，造成了能见度的恶化，也就造成了所谓的灰霾天气。

　　除此之外，城市化、土地利用变化也加速了灰霾的形成。土地利用变化，就是下垫面的改变。城市化之后，下垫面变成了不透水的硬地面，比如水泥或者沥青，它的热容量非常小，比植被和水体小得多，吸热放热都非常快，所以造成了一系列复杂的气候变暖和污染事件。

　　我们可以拿世界上几个着名的超大型城市作例子，如美国的纽约和底特律，墨西哥的墨西哥城，中国的北京、上海与广州这三大城市群。科学家在对这几个大城市的研究中发现，城市的污染源在不同历史阶段是各不相同的。19世纪当工业化刚开始时，城市大气污染处在粉尘污染时代，空气中的污染物主要是大型发电厂、水泥厂和各种工业炉窑直接排放的粉尘。第二阶段是二氧化硫、硫酸盐污染时代，空气中的污染物主要是发电厂和工业窑炉排放的二氧化硫，在大气中发生化学反应氧化成硫酸盐，也就是变成了硫酸盐气溶胶。而到了最近几十年，城市大气污染发展到第三阶段——大气复合污染时期。美国和欧洲可以说是完整经历了这三个过程，整个过程长达百年之久，而中国是压缩性地集中出现这些污染过程，从一个比较好的大气环境到现在的城市大气复合污染，只用了30年，这是由于经济发展迅猛而造成的。

　　2010年5月11日国办发〔2010〕33号文《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》中明确指出“近年来,我国一些地区酸雨、灰霾和光化学烟雾等区域性大气污染问题日益突出，严重威胁群众健康,影响环境安全。”

　　我国中长期科技发展战略研究（2005—2020）也指出：我国20世纪80年代之后进入经济高速发展阶段，我们用短短20多年的时间走完了发达国家上百年的路程，致使我国的生态与环境遭受了严重的破坏，导致本应在不同阶段出现的生态与环境问题在短期内集中体现和爆发出来，生态与环境问题表现出显着的系统性、区域性、复合性和长期性特征。城市和区域的大气复合污染已经成为制约我国社会经济发展的瓶颈，研究大气复合污染的成因和控制是当前重大的国家需求。

　　近年的研究说明，灰霾是能见度下降的反映，能见度下降主要是细粒子气溶胶（PM2.5）的消光造成的。