תגובה כימית בין קרינת שמש אולטרה סגולה לאטמוספרה המזוהמת בפחמימנים ותחמוצות של חנקן גורמת לערפיח פוטוכימי. זה נפוץ במיוחד מהפליטה של הרכב. ערפיח יכול לקרות גם ביום וגם בלילה, אך ערפיח פוטוכימי קורה רק בנוכחות אור שמש. ערפיח פוטוכימיים הוא בעיה נרחבת בכל רחבי העולם ככל שמזהמי האוויר מתגברים.
ערפיח פוטוכימיים קורה כאשר תחמוצות חנקן ותרכובות אורגניות נדיפות מגיבות יחד בנוכחות אור שמש כזרז ויוצרות אוזון ברמות נמוכות יותר. תחמוצות החנקן מגיעות ממיצובי רכב, ותרכובות אורגניות נדיפות מגיעות מכימיקלים רבים, כגון צבע וחומרי ניקוי. השפעות הערפיח על בריאות האדם ועל הסביבה חמורות ומזיקות. הכימיקלים הרעילים הנוצרים בערפיח פוטוכימיים יכולים לגרות את מעברי האף ואת העיניים. בעיות נשימה יכולות להחמיר עקב חשיפה ממושכת לתנאי ערפיח. חלק מהרעלים הנוצרים על ידי תגובות כימיות בערפיח הפוטוכימי מסרטנים. האופי החומצי של הערפיח יכול גם לגרום נזק סביבתי וריקבון מבני בדירות.
ערים עם גיאוגרפיה שאינה מאפשרת פיזור נכון של פליטות ברוח ועוזרת לעשן להילכד בתנאי מזג אוויר קיצוניים לחוות ערפיח קיץ. שפע אור השמש וטמפרטורות גבוהות במהלך הקיץ מזרז את התגובות הכימיות באטמוספירה, אשר מעורבב עם לחות, יוצר ערפיח צפוף. לעיתים, היפוכי טמפרטורה בגבהים גבוהים יותר מובילים להיווצרות ערפיח פוטוכימיים בקיץ על ידי לכידת שכבת אוויר לחה מתחת לשכבת אוויר חם, המחזיקה את המזהמים. ערי חוף המוקפות גבעות או הרים הן המועמדות העיקריות לערפיח קיץ.
ערפיח חורף נוצרים למעשה על ידי שימוש מופרז בדלקים מאובנים לחימום בתים ומבנים. ערפיח פוטוכימיים בחורף נוצרים בתנאי מזג אוויר קיצוניים, במיוחד בשיא החורף. הסיבה לכך היא שבתנאים קרים במיוחד אוכלוסיות ערים בהן מספר רב של בתים המחוממים באח משתמשים בפחם או בעירה אחרת המייצרת כמויות נכבדות של עשן מזהמים. מזהמי אוויר אלה מופיעים ברמות הנמוכות יותר באטמוספירה. האוויר הקר והלח שומר על הפליטות לזמן ארוך יותר באמצעות התגובות הכימיות המתרחשות בקצב איטי יותר. ערים שמצטופפות בגבהים גבוהים יותר סביבם, החווים שלג כבד, מתמודדות עם ערפיח באופן קבוע.