Een chemische reactie tussen ultraviolette zonnestraling en een atmosfeer die is vervuild met koolwaterstoffen en stikstofoxiden veroorzaakt fotochemische smog. Dit komt vooral veel voor bij uitlaatgassen van auto's. Smog kan zowel overdag als 's nachts voorkomen, maar fotochemische smog treedt alleen op in aanwezigheid van zonlicht. Fotochemische smog is een wijdverbreid probleem over de hele wereld naarmate luchtverontreinigende stoffen toenemen.
Fotochemische smog vindt plaats wanneer stikstofoxiden en vluchtige organische stoffen met elkaar reageren in de aanwezigheid van zonlicht als katalysator en ozon vormen op lagere niveaus. De stikstofoxiden zijn afkomstig van uitlaatgassen van voertuigen en vluchtige organische stoffen zijn afkomstig van veel chemicaliën, zoals verf en reinigingsmiddelen. De effecten van smog op de menselijke gezondheid en het milieu zijn ernstig en schadelijk. De giftige chemicaliën die in een fotochemische smog worden gevormd, kunnen de neus en ogen irriteren. Ademhalingsproblemen kunnen verergeren door langdurige blootstelling aan smogomstandigheden. Sommige van de toxines die door chemische reacties in de fotochemische smog worden gecreëerd, zijn kankerverwekkend. De zure aard van de smog kan ook leiden tot milieuschade en structureel verval in woningen.
Steden met een geografische ligging die geen goede verspreiding van emissies door wind mogelijk maken en die de rook helpen vast te komen te zitten door extreme weersomstandigheden, ervaren zomersmog. De overvloed aan zonlicht en hoge temperaturen in de zomer versnellen chemische reacties in de atmosfeer, die, vermengd met vochtigheid, zorgen voor dichte smog. Soms leiden temperatuurinversies op grotere hoogten tot de vorming van fotochemische zomersmog door een vochtige luchtlaag op te sluiten onder een laag warme lucht, die de verontreinigende stoffen tegenhoudt. Kuststeden omringd door heuvels of bergen zijn uitstekende kandidaten voor zomersmog.
Wintersmog ontstaat voornamelijk door het overmatig gebruik van fossiele brandstoffen om huizen en gebouwen te verwarmen. Winter fotochemische smog vormt zich tijdens extreme weersomstandigheden, vooral tijdens het hoogtepunt van de winter. Dit komt omdat tijdens extreem koude omstandigheden de bevolking van steden met een groot aantal huizen die met een haard worden verwarmd, gebruiken kolen of andere brandbare stoffen die aanzienlijke hoeveelheden rook en verontreinigende stoffen. Deze luchtverontreinigende stoffen verschijnen op de lagere niveaus in de atmosfeer. De koude en vochtige lucht houdt de emissies langer vast door de chemische reacties die langzamer plaatsvinden. Steden die worden ingesloten door omringende hoger gelegen gebieden, die zware sneeuwval ervaren, hebben regelmatig te maken met smog.