城市空氣質量的好壞與季節及氣象條件的關係十分密切。許多城市的大氣汙染元凶是燃煤煙霧，其次是汽車尾氣和懸浮顆粒物汙染，它們的共同作用使空氣汙染更加嚴重。在汙染源排放量沒有大的變化情況下，風、雨、氣壓、溫度等氣象條件則直接影響空氣質量的好壞。
首先，大氣逆溫現象直接影響大氣汙染物的擴散。逆溫是空氣溫度隨高度增加而增高的大氣垂直層結現象。一般來說，冬季逆溫層較強較厚，維持時間較長；夏季則相對偏弱。通常在晴朗微風的夜間有逆溫現象存在，使低層大氣比較穩定，非常不利於汙染物擴散。太陽出來後，隨著地表溫度的升高，使逆溫層逐漸消失，大氣湍流混合和垂直對流加強，有助於汙染物質的擴散。冬天，一場冷空氣過後，特別是其後連續幾天不刮風或隻刮微風，人們會漸漸感到空氣汙濁；如果近地麵層空氣濕度較大，又常常會有霧相伴。造成這種現象很大程度上與逆溫有關。出現逆溫天氣會加重大氣汙染，危害人們健康，因此，有人稱逆溫是冬天的隱性殺人幫凶。
一般條件下，氣溫是隨著高度的增加而降低的，平均每上升１００米，溫度約降低０.６攝氏度，這樣，大氣低層溫度高，空氣密度小；高層溫度低，空氣密度相對較大，造成了“頭重腳輕”的現象，大氣層結就不穩定，容易上下翻滾而形成對流，這樣就會使低層特別是近地麵層空氣中的汙染物和粉塵向高空移散，從而減輕在大氣低層汙染程度。可是，在某些特定條件下，比如一場冷空氣過後，卻會出現氣溫隨高度增加而升高的現象，導致空氣“腳重頭輕”，大氣科學中稱這種現象叫“逆溫”。發生逆溫的大氣層叫“逆溫層”。逆溫層的厚度可從幾十米到幾百米，它就像一層厚厚的被子蓋在地麵上空，空氣不能向上擴散，“無路可走”後又向下蔓延，從而加重了大氣汙染。
對城市空氣質量影響最大的是輻射冷卻造成的逆溫。秋末和冬季晴朗無風的天氣裏，一到傍晚日落時，地麵強烈地向空中輻射熱量，使地麵和近地麵空氣溫度迅速下降，而上層空氣降溫較慢，從而出現氣溫上高下低的現象，形成逆溫層。又因為冬季晝短夜長，晚上輻射降溫時間長，往往使低空輻射逆溫層更多出現。白天，由於日照增溫不足，使逆溫層終日難以破壞，所以人們常會見到大氣汙染物整天覆蓋著地麵，特別是在城區，天空總是灰蒙蒙的。
其次，大氣汙染與風力的大小有關。一般來說：汙染濃度與風速平方成反比，與汙染源排放強度成正比。通常風速越大越有利於空氣中汙染物質的稀釋擴散。而長時間的微風或靜風則會抑製汙染物質的擴散，使近地麵層的汙染物質成倍地增加。但也有例外情況。在我國冬春幹燥季節，幾乎每年都有強大的西北風席卷整個北方甚至南方廣大地區，將內蒙古和黃土高原的大量地表泥土沙粒帶到空中，形成大風浮塵、揚沙或嚴重的沙塵暴天氣，使得天空呈現土黃色或漫天昏暗。
第三，大氣汙染與雨雪有關。自然降雨、降雪對空氣汙染物能起到清除和衝刷作用。在雨雪作用下，大氣中的一些汙染氣體能夠溶解在水中，降低空氣中汙染氣體的濃度，較大的雨雪對空氣汙染物粉塵顆粒也起著有效的清除作用。但是需要指出的是，當前空氣中的雨水已經不很幹淨。降水與空氣中的二氧化硫等氣體混合溶解會形成酸雨，則是大氣質量差的另一種表現形式。
從季節角度來說，由於冬季北方降水較少，氣候幹燥，刮風天氣較少，光照較弱，日照時間短，逆溫層較厚，且溫度較低，大氣對流不活躍等不利於空氣中汙染物質擴散的因素較多。夏季由於太陽輻射很強，大氣對流活動旺盛，逆溫層的生成存在時間縮短，且降雨天氣較多，降雨量很大，對汙染物質清除作用明顯，使空氣汙染程度相對減輕。