空气中的VOCs和氮氧化物等气体在紫外光的照射和高温条件下，会发生快速的光化学链式反应，产生包括臭氧和过氧乙酰硝酸酯等具有刺激性和毒性的氧化剂、醛酮类含氧有机物以及细颗粒物。
在一些污染的城市、工业区及乡村地区，由于VOCs及氮氧化物浓度均较高，在阳光充足的温暖季节，近地面臭氧浓度会在太阳升起后快速升高，在不利的情况下，午后臭氧浓度可能不同程度地超出空气质量标准限值。生成的臭氧浓度高低取决于VOCs和氮氧化物浓度及两者的比值，但在多数污染区域，由于氮氧化物比较充足，VOCs浓度越高臭氧达到的浓度也越高。
在VOCs浓度不太高的地区，地面臭氧浓度也能达到一定的水平。这是因为，污染气团的水平输送可以将臭氧带到清洁地区。另外，对流层的臭氧还具有天然来源，也就是平流层臭氧的向下输送，然后在一些下沉气流驱动下，向地表输送。根据VOCs等污染物的排放以及输送过程的变化，近地面臭氧浓度会呈现出一定的季节性变化特征。由于VOCs等人为污染物排放的增加，近一个多世纪以来近地面臭氧浓度在许多地区呈上升趋势。
