城市空气质量的好坏与季节及气象条件的关系十分密切。许多城市的大气污染元凶是燃煤烟雾，其次是汽车尾气和悬浮颗粒物污染，它们的共同作用使空气污染更加严重。在污染源排放量没有大的变化情况下，风、雨、气压、温度等气象条件则直接影响空气质量的好坏。
首先，大气逆温现象直接影响大气污染物的扩散。逆温是空气温度随高度增加而增高的大气垂直层结现象。一般来说，冬季逆温层较强较厚，维持时间较长；夏季则相对偏弱。通常在晴朗微风的夜间有逆温现象存在，使低层大气比较稳定，非常不利于污染物扩散。太阳出来后，随着地表温度的升高，使逆温层逐渐消失，大气湍流混合和垂直对流加强，有助于污染物质的扩散。冬天，一场冷空气过后，特别是其后连续几天不刮风或只刮微风，人们会渐渐感到空气污浊；如果近地面层空气湿度较大，又常常会有雾相伴。造成这种现象很大程度上与逆温有关。出现逆温天气会加重大气污染，危害人们健康，因此，有人称逆温是冬天的隐性杀人帮凶。
一般条件下，气温是随着高度的增加而降低的，平均每上升１００米，温度约降低０６摄氏度，这样，大气低层温度高，空气密度小；高层温度低，空气密度相对较大，造成了“头重脚轻”的现象，大气层结就不稳定，容易上下翻滚而形成对流，这样就会使低层特别是近地面层空气中的污染物和粉尘向高空移散，从而减轻在大气低层污染程度。可是，在某些特定条件下，比如一场冷空气过后，却会出现气温随高度增加而升高的现象，导致空气“脚重头轻”，大气科学中称这种现象叫“逆温”。发生逆温的大气层叫“逆温层”。逆温层的厚度可从几十米到几百米，它就像一层厚厚的被子盖在地面上空，空气不能向上扩散，“无路可走”后又向下蔓延，从而加重了大气污染。
对城市空气质量影响最大的是辐射冷却造成的逆温。秋末和冬季晴朗无风的天气里，一到傍晚日落时，地面强烈地向空中辐射热量，使地面和近地面空气温度迅速下降，而上层空气降温较慢，从而出现气温上高下低的现象，形成逆温层。又因为冬季昼短夜长，晚上辐射降温时间长，往往使低空辐射逆温层更多出现。白天，由于日照增温不足，使逆温层终日难以破坏，所以人们常会见到大气污染物整天覆盖着地面，特别是在城区，天空总是灰蒙蒙的。
其次，大气污染与风力的大小有关。一般来说：污染浓度与风速平方成反比，与污染源排放强度成正比。通常风速越大越有利于空气中污染物质的稀释扩散。而长时间的微风或静风则会抑制污染物质的扩散，使近地面层的污染物质成倍地增加。但也有例外情况。在我国冬春干燥季节，几乎每年都有强大的西北风席卷整个北方甚至南方广大地区，将内蒙古和黄土高原的大量地表泥土沙粒带到空中，形成大风浮尘、扬沙或严重的沙尘暴天气，使得天空呈现土黄色或漫天昏暗。
第三，大气污染与雨雪有关。自然降雨、降雪对空气污染物能起到清除和冲刷作用。在雨雪作用下，大气中的一些污染气体能够溶解在水中，降低空气中污染气体的浓度，较大的雨雪对空气污染物粉尘颗粒也起着有效的清除作用。但是需要指出的是，当前空气中的雨水已经不很干净。降水与空气中的二氧化硫等气体混合溶解会形成酸雨，则是大气质量差的另一种表现形式。
从季节角度来说，由于冬季北方降水较少，气候干燥，刮风天气较少，光照较弱，日照时间短，逆温层较厚，且温度较低，大气对流不活跃等不利于空气中污染物质扩散的因素较多。夏季由于太阳辐射很强，大气对流活动旺盛，逆温层的生成存在时间缩短，且降雨天气较多，降雨量很大，对污染物质清除作用明显，使空气污染程度相对减轻。
