Reakcja chemiczna pomiędzy słonecznym promieniowaniem ultrafioletowym a atmosferą skażoną węglowodorami i tlenkami azotu powoduje smog fotochemiczny. Jest to szczególnie powszechne w przypadku spalin samochodowych. Smog może wystąpić zarówno w dzień, jak i w nocy, ale smog fotochemiczny występuje tylko w obecności światła słonecznego. Smog fotochemiczny jest powszechnym problemem na całym świecie wraz ze wzrostem zanieczyszczenia powietrza.
Smog fotochemiczny powstaje, gdy tlenki azotu i lotne związki organiczne reagują ze sobą w obecności światła słonecznego jako katalizatora i tworzą ozon na niższych poziomach. Tlenki azotu pochodzą ze spalin samochodowych, a lotne związki organiczne pochodzą z wielu chemikaliów, takich jak farby i środki czyszczące. Skutki smogu dla zdrowia ludzi i środowiska są poważne i szkodliwe. Toksyczne chemikalia powstające w fotochemicznym smogu mogą podrażniać nos i oczy. Problemy z oddychaniem mogą się pogorszyć z powodu długotrwałej ekspozycji na warunki smogu. Niektóre z toksyn powstałych w wyniku reakcji chemicznych w smogu fotochemicznym są rakotwórcze. Kwaśny charakter smogu może również powodować szkody środowiskowe i niszczenie strukturalne w mieszkaniach.
Miasta o geografii, która nie pozwala na właściwe rozproszenie emisji przez wiatr i pomaga uwięzić dym w ekstremalnych warunkach pogodowych, doświadczają letniego smogu. Obfitość światła słonecznego i wysokie temperatury latem przyspieszają reakcje chemiczne w atmosferze, która zmieszana z wilgocią tworzy gęsty smog. Czasami inwersje temperatury na większych wysokościach prowadzą do powstawania letniego smogu fotochemicznego poprzez uwięzienie wilgotnej warstwy powietrza pod warstwą ciepłego powietrza, która zatrzymuje zanieczyszczenia. Nadmorskie miasta otoczone wzgórzami lub górami są głównymi kandydatami na letni smog.
Zimowy smog powstaje głównie w wyniku nadmiernego używania paliw kopalnych do ogrzewania domów i budynków. Zimowy smog fotochemiczny tworzy się podczas ekstremalnych warunków pogodowych, szczególnie w środku zimy. Dzieje się tak, ponieważ podczas ekstremalnie zimnych warunków populacje miast, które mają dużą liczbę domy ogrzewane paleniskiem wykorzystują węgiel lub inne materiały palne, które wytwarzają znaczne ilości dymu i zanieczyszczenia. Te zanieczyszczenia powietrza pojawiają się na niższych poziomach atmosfery. Zimne i wilgotne powietrze dłużej zatrzymuje emisje dzięki wolniejszym reakcjom chemicznym. Miasta otoczone wysokimi wzniesieniami, w których występują obfite opady śniegu, regularnie spotykają się ze smogiem.