約有90%的臭氧分布在平流層，即常說的臭氧層，10%的臭氧分布在對流層。平流層臭氧變化深刻地影響著天氣和氣候。
平流層臭氧吸收太陽放射出的大量對人類、動物及植物有害的紫外線輻射，為平流層大氣環流維持和發展提供能量，同時使近地邊界層生物體免受太陽紫外線輻射的損害，是地球生命的重要屏障。
對流層和近地面的臭氧因為其與水汽反應產生OH自由基（大氣中最重要的氧化劑之一），幾乎影響到對流層大氣化學反應的所有過程。對流層臭氧對人體呼吸和心血管系統、農作物及林木生長等都有負面影響。
人為活動正在改變大氣中的臭氧分布，其中最顯著的是南極「臭氧洞」和北極地區春季臭氧總量減少。與此同時，近地面和對流層臭氧卻呈現總體增加趨勢。
1987年旨在保護臭氧層、限制氟化物排放的《蒙特婁協議書》籤訂，這在平流層臭氧科學上具有裡程碑意義。
自上世紀70年代末以來，全球臭氧總量是下降的，尤其是在南極地區下降最明顯。1984和1985年，日本和英國科學家先後報導，春季南極站觀測到的大氣臭氧總量值與10年前相比減少了30～40%，隨後美國科學家用衛星資料也證實了這一結果。在春季，南極地區臭氧總量急劇減少，會出現低於全球平均值30～40%的閉合低值區（通常這個值設定為220 DU），與周圍地區相比，就顯得南極洲上空出現一個臭氧低值的「空洞」，這就是南極臭氧洞。「臭氧洞」這個形象的稱謂由此被人們所記住。
南極臭氧洞並不是全年都存在的，只在南極春季出現。通常南極臭氧在7月下旬開始減少，8月中旬後就出現較為明顯的臭氧洞，9月下旬到10月上旬臭氧洞的面積最大，10月底後臭氧急劇增加，臭氧洞逐漸填塞，12月中旬恢復正常，就不再有臭氧洞了。
為討論形成南極臭氧洞的原因，各國科學家通過氣球、飛機、火箭、衛星及地面站等多種現代化觀測方法獲取了大量資料，並用計算機進行了分析和模擬研究。曾有兩屆諾貝爾化學獎得主的工作與研究臭氧洞形成的原因有關。
南極臭氧洞的出現與人類活動關係密切。為製造冰箱和空調器等，人類發明和使用了氟利昂和溴化烴等含氯和溴的化合物，正是這類汙染物質最終導致了臭氧層的破壞，在南極地區的實地考察研究也找到了氯氟烴等物質消耗臭氧層的確鑿證據 。
這類汙染物質的化學性質十分穩定，洩漏排放到大氣中滯留的時間很長；在大氣垂直環流作用下會從對流層到達平流層，並通過大氣環流的遠距離輸送和極渦的輻合效應將這些大氣汙染物在極地平流層中聚合起來。人類活動排放到大氣中的氟利昂和溴化烴等含氯和溴的消耗臭氧層物質（ODS），在極地平流層低溫條件下形成的冰晶雲(PSCs)或液態硫酸氣溶膠表面，會通過光化學反應大量消耗臭氧，而為光化學反應提供活動界面的平流層冰晶雲或液態硫酸氣溶膠，只有在溫度低於-78℃時才出現。
因此，形成臭氧洞需要滿足2個必要條件：
大氣中存在有人類活動排放的氟裡昂和溴化烴等消耗臭氧層物質（人為因素）；
天氣和氣候是兩個不同的概念，正如在全球變暖的大背景下，不能因某一年偏冷，就認為氣候在變冷；同樣，也不能因某一年臭氧洞偏小，就認為臭氧洞已被修復。「人類只有一個地球」，環境被汙染後，其影響往往很難消除。一個氟裡昂分子分解產生的氯離子可以消滅一萬個臭氧分子，而由溴化烴分解產生的溴離子對臭氧的破壞作用，比氯離子還要大50倍，它們自身都能再生，在大氣中內壽命都很長。即使目前人們不再向大氣排放這類汙染物，其對臭氧的破壞影響仍可以維持幾十年。南極臭氧洞在向人類再次敲響警鐘。