Ilmansaasteet voidaan määritellä kaikiksi haitallisiksi aineiksi, joita on maan ilmakehässä. Siksi tällaisen saastumisen syyt ovat monet ja hyvin erilaisia. Jotkut lähteet ovat luonnollisia, kuten tulivuori tai salaman sytyttämät metsäpalot, kun taas toiset johtuvat ihmisen toiminnasta, kuten fossiilisten polttoaineiden polttamisesta. Vaikka maapallolla on sisäänrakennetut mekanismit ilmansaasteiden poistamiseksi, kaikkien elävien olentojen on yleensä parempi vähentää aluksi ilmaan vapautuvien epäpuhtauksien määrää.
Tunnetuimmat ja yleisimmät ilmansaasteiden syyt ovat ihmisen aiheuttamia. Öljytuotteiden polttaminen on hyvin yleinen pilaantumisen syy etenkin suurkaupunkialueilla. Tämä saastuminen johtuu kemiallisista tekijöistä, joita esiintyy näiden polttoaineiden palamisessa. Kun hiilivetyjä, kuten bensiiniä, poltetaan, ne tuottavat hiilidioksidia ja vesihöyryä. Epätäydellinen palaminen johtaa hiilimonoksidin syntymiseen sivutuotteena.
Hiilidioksidia ja hiilimonoksidia pidetään molemmat epäpuhtauksina. Mikään fossiilinen polttoaine ei myöskään ole täysin puhdasta eikä mikään moottori ole täysin tehokas, joten myös pieniä nokihiukkasia vapautuu ilmakehään yhdessä pienien määrien muiden ei -toivottujen aineiden kanssa. Muita ihmisen aiheuttamia ilmansaasteita ovat tehtaiden ja voimalaitosten savukaasupäästöt. Näistä lähteistä vapautuvia aineita voivat olla rikkidioksidi ja typpidioksidi, jotka ovat vastuussa happosateen muodostumisesta.
Vaikka ihmisen aiheuttama ilmansaaste aiheuttaa terveysriskejä, luonnolliset ilmansaasteiden lähteet voivat olla toisinaan yhtä vaarallisia. Näitä lähteitä ovat tuulen eroosion keräämä pöly, karjan metaanipäästöt ja metsäpalojen savu. Tulivuorenpurkaukset ovat ehkä suurin yksittäinen ilmansaasteen lähde, luonnollinen tai ihmisen aiheuttama, jonka ihmiset ovat koskaan käsitelleet. Ne voivat tuottaa pilviä hiovaa vulkaanista tuhkaa ja muita haitallisia aineita, kuten klooria ja rikkiä.
Erityisesti Indonesian Tambora -vuoren purkaus vuonna 1815 lähetti ilmakehään niin suuren määrän haitallisia kaasuja ja hiukkasia, että paljon aurinkoenergiaa estettiin tehokkaasti pääsemästä maan pintaan. Tämän seurauksena maailmanlaajuinen nälänhätä kärsi kaikkialla maailmassa vuonna 1816. Ruskeita ja punaisia lumeita nähtiin myös Euroopassa, koska ilmakehässä oli vulkaanista tuhkaa. Tappava pakkanen heinäkuussa 1816 johti myös massiivisiin satovikaan Yhdysvaltojen koillisosissa, mikä johti puheviittauksiin vuoteen 1816 “Vuosi ilman kesää” ja “Kahdeksantoista sata ja jäädytetty kuolemaan”.