約10%的霧霾是自然排放，其他近90%來自人為排放，直接來自人類的經濟社會活動。對北京2013年1月五次強霾污染分析得出，大氣污染物包括有機碳、元素碳、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、揚塵等。硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽是基于一次排放的二氧化硫（SO2）, 氮氧化物（NOx）和氨氣（NH3）氣體經過化學反應形成。揮發性有機物（包括來自烹飪源的油煙型有機物、來自于汽車尾氣烴類有機顆粒物、來自光化學反應的氮富集有機物、和從北京周邊輸送過來的氧化型有機顆粒物），在大量二氧化硫和氮氧化物的作用下發生反應，向二次有機氣溶膠轉化，產生更加具毒性的細顆粒污染物。它們是上世紀中期美國南加州光化學煙霧的主要成分。

這些污染物都和人類的生產和生活活動息息相關。對北京PM2.5排放源分析發現燃煤、機動車為最主要來源。

北京年平均PM2.5排放中，燃煤占26%，機動車19%，餐飲11%，工業10%。1月的強霾中，北京機動車排放貢獻最大，占25%，其次為燃煤19%和外來輸送19%；京津冀地區的主要污染來源則是燃煤34%、機動車16%和工業15%。此外，河北和天津地區的燃煤、化工、重金屬冶煉都是重金屬污染的來源。北京城市大量的機動車排放是造成NOx大氣濃度上升的原因，也是硝酸鹽同步上升的原因之一。白天NO2濃度出現高值，并同步出現硝酸鹽濃度高值，但北京機動車NOx排放造成的危害遠非生成了無機硝酸鹽，更可怕的是生成了大量的含氮有機顆粒物。白天生成的硝酸鹽夜間在高濃度SO2和硫酸鹽的作用下向致癌物亞硝酸鹽轉化。