臭氧（O3）广泛存在于大气之中，从地面到70千米的高空都有分布，在大约20千米高的大气中最为密集。这一区域的臭氧几乎环绕整个地球，因此被称做臭氧层。
由于污染严重，臭氧层出现了许多空洞，不过臭氧层空洞并不是一个真实的洞，而是在一层浓密的臭氧层上出现了一处极为稀薄，甚至无法构成臭氧层的区域。在这一区域仍有臭氧分子存在，只是密度很小。臭氧层空洞严重影响着对应区域地面和水下的生物，包括人类的健康和繁衍，这一现象目前以南极洲地区最为严重。如今这一问题已受到世界各国的普遍关注，人们正在研究和采取各种方式弥补和改善臭氧层空洞现象。那么臭氧层空洞是如何形成的呢在高层大气中（高度范围约离地面15～24千米），由氧吸收太阳紫外线辐射而生成可观量的臭氧（O3）。光子首先将氧分子分解成氧原子，氧原子与氧分子反应生成臭氧：
和O2属于同素异形体，在通常的温度和压力条件下，两者都是气体。
当O3的浓度在大气中达到最大值时，就形成厚度约20千米的臭氧层。臭氧能吸收波长在220～330纳米范围内的紫外光，从而防止这种高能紫外线对地球上生物的伤害。
过去人类的活动尚未达到平流层（海拔约30干米）的高度，而臭氧层主要分布在距地面20～25千米的大气层中，所以未受到重视。近年来不断测量的结果已证实臭氧层已经开始变薄，乃至出现空洞。1985年，发现南极上方出现了面积与美国大陆相近的臭氧层空洞，1989年又发现北极上空正在形成的另一个臭氧层空洞。此后发现空洞并非固定在一个区域内，而是每年在移动，且面积不断扩大。臭氧层变薄和出现空洞，就意味着有更多的紫外辐射线到达地面。紫外线对生物具有破坏性，对人的皮肤、眼睛，甚至免疫系统都会造成伤害，强烈的紫外线还会影响鱼虾类和其他水生生物的正常生存，乃至造成某些生物灭绝，会严重阻碍各种农作物和树木的正常生长，又会使由CO2量增加而导致的温室效应加剧。
人类活动产生的微量气体，如氮氧化物和氟氯烷等，对大气中臭氧的含量有很大的影响。引起臭氧层被破坏的原因有多种解释，其中公认的原因之一是氟利昂（氟氯甲烷类化合物）的大量使用。氟利昂被广泛应用于制冷系统、发泡剂、洗净剂、杀虫剂、除臭剂、头发喷雾剂等。氟利昂化学性质稳定，易挥发，不溶于水。但进入大气乎流层后，受紫外线辐射而分解产生Cl原子，Cl原子则可引发破坏O3循环的反应：
由第一个反应消耗掉的Cl原子，在第二个反应中又重新产生，又可以和另外一个O3起反应，因此每一个Cl原子能参与大量的破坏O3的反应，这两个反应加起来的总反应是：
反应的最后结果是将O3转变为O2，而Cl原子本身只作为催化剂，反复起分解O3的作用。O3就被来自氟利昂分子释放出的Cl原子引发的反应而破坏。
另外，大型喷气机的尾气和核爆炸烟尘的释放高度均能达到平流层，其中含有各种可与O3作用的污染物，如NO和某些自由基等。人口的增长和氮肥的大量生产等也可以危害到臭氧层。在氮肥的生产中去向大气释放出各种氮的化合物，其中一部分可能是有害的氧化亚氮（N2O），它会引发下列反应：
按后两个反应式循环反应，使O3分解。