Aineita, jotka heikentävät hengitettävän ilman laatua, tunnetaan ilmansaasteina, ja teollistumisen kiihtyminen kaikkialla maailmassa on johtanut korkeaan saastumiseen maailmanlaajuisesti. Koska ilmansaasteet voivat kulkea tuulen virtauksilla, epäpuhtaudet eivät keskity vain teollistuneille alueille: niitä voi esiintyä myös niin kaukaisissa paikoissa kuin Etelämantereella. Kasvit, eläimet ja ihmiset kärsivät kaikki terveysongelmista ilmansaasteiden vuoksi, jotka joskus kerääntyvät niin paksuiksi, että ne aiheuttavat kemiallisen sumun, joka tunnetaan savusumuna. Ilman pilaantumisen pääasiallisia lähteitä on kolme: kemiallinen, biologinen ja hiukkasmainen.
Kemialliset ilmansaasteet sisältävät erilaisia aineita, jotka syntyvät palamalla, kuten typen oksidia, hiilidioksidia, lyijyä ja rikkiä. Lisäksi CFC -yhdisteiden kaltaisia aineita pidetään kemiallisina ilmansaasteina. Kemiallisia saasteita päästetään päivittäin lämpövoimalaitoksista, autoista, kaivoksista, jalostamoista ja muista vastaavista tuotantolaitoksista. Sementti- ja metallinkäsittely, kuten teräksen valmistus, lisää myös ilmakehään kemiallisia epäpuhtauksia, samoin kuin torjunta -aineiden, rikkakasvien ja muiden kemikaalien valmistus. Monet maat ovat säätäneet pilaantumisenhallintalakeja, joiden tarkoituksena on vähentää tehtaiden päästöjä suodattimien ja modernisoitujen laitteiden avulla.
Biologisia ilmansaasteita ovat homeet, siitepöly, sienet, hilse ja bakteerit. Nämä epäpuhtaudet ovat enemmän ongelma, kun otetaan huomioon sisäilman laatu, koska ne yleensä leviävät ulkona. Ihmiset, joilla on vakavia allergioita, kärsivät kuitenkin usein keväällä, jolloin siitepöly on korkea, ja ilmassa olevat homeet ja sienet voivat aiheuttaa allergisia reaktioita herkille yksilöille. Lisäksi ihmisten onnettomuudet voivat vapauttaa biologisia tekijöitä, kuten pernaruttoa.
Hiukkassaaste on ilman pilaantumista, joka johtuu ilmassa olevista pienistä hiukkasista. On monia luonnollisia hiukkassaasteiden lähteitä, kuten pölymyrskyjä, tulipaloja ja tulivuoren toimintaa. Jotkut ihmisen prosessit aiheuttavat kuitenkin myös hiukkassaasteita: esimerkiksi useimmat tuotantolaitokset päästävät kemiallisia ja hiukkaspäästöjä. Tällainen saastuminen heikentää näkyvyyttä ja voi myös vaikeuttaa hengittämistä: jotkin hiukkasmaiset ilman epäpuhtaudet ovat myös haitallisia hengitettäessä, ja pitkäaikainen altistuminen johtaa terveysongelmiin.
Ilmansaasteet vaikuttavat maailmaan ja sen asukkaisiin monin tavoin. Ilmansaasteisiin liittyvät ensisijaiset ongelmat ovat sydän- ja keuhkosairaudet. Astma, keuhkolaajentuma ja hengityselinten allergiat lisääntyvät maailmanlaajuisesti ilmansaasteiden aiheuttaman ärsytyksen ansiosta. Jotkut epäpuhtaudet syövät ilmakehää ja altistavat maapallon haitalliselle ultraviolettisäteilylle suurina annoksina. Ilmansaasteet ovat myös ensisijainen ainesosa sellaisissa asioissa kuin happosade, savu ja muut saastumiseen liittyvät sääilmiöt, jotka aiheuttavat terveysongelmia sekä eläimille että kasveille.