Gaisa piesārņojumu var definēt kā jebkuru kaitīgu materiālu, kas atrodas zemes atmosfērā. Tāpēc šāda piesārņojuma cēloņi ir daudz un ļoti dažādi. Daži avoti ir dabiski, piemēram, vulkānisms vai meža ugunsgrēki, ko izraisa zibens, savukārt citus izraisa cilvēka darbība, piemēram, fosilā kurināmā dedzināšana. Lai gan uz zemes ir iebūvēti mehānismi, lai atbrīvotos no gaisa piesārņojuma, parasti visām dzīvajām būtnēm ir labāk sākumā samazināt gaisā izdalīto piesārņotāju daudzumu.
Vispazīstamākie un izplatītākie gaisa piesārņojuma cēloņi ir cilvēka radīti. Naftas produktu dedzināšana ir ļoti izplatīts piesārņojuma cēlonis, īpaši lielpilsētu teritorijās. Šo piesārņojumu rada ķīmiskie faktori, kas atrodas šīs degvielas degšanas laikā. Kad tiek sadedzināti ogļūdeņraži, piemēram, benzīns, tie rada oglekļa dioksīdu un ūdens tvaikus. Nepilnīgas sadegšanas rezultātā kā blakusprodukts rodas arī oglekļa monoksīds.
Gan oglekļa dioksīds, gan oglekļa monoksīds tiek uzskatīti par piesārņotājiem. Turklāt neviena fosilā degviela nav ideāli tīra un neviens dzinējs nav ideāli efektīvs, tāpēc atmosfērā tiek izdalītas arī nelielas kvēpu daļiņas, kā arī neliels daudzums citu nevēlamu vielu. Citi cilvēka radīti gaisa piesārņojuma cēloņi ir rūpnīcu un spēkstaciju dūmu skursteņu emisijas. Šajos avotos izdalītās vielas var būt sēra dioksīds un slāpekļa dioksīds, kas ir atbildīgi par skābo lietus veidošanos.
Lai gan cilvēka radītais gaisa piesārņojums patiešām apdraud veselību, dabiskie gaisa piesārņojuma avoti dažkārt var būt tikpat bīstami. Šie avoti ir vēja erozijas savāktie putekļi, mājlopu radītā metāna emisija un dūmi no ugunsgrēkiem. Vulkānu izvirdumi, iespējams, ir lielākais dabiskais vai cilvēka radītais gaisa piesārņojuma avots, ar ko cilvēki jebkad ir saskārušies. Tie var radīt abrazīvu vulkānisko pelnu un citu kaitīgu vielu, piemēram, hlora un sēra, mākoņus.
Vissvarīgākais ir tas, ka Indonēzijas Tamboras kalna izvirdums 1815. gadā atmosfērā nosūtīja tik milzīgu daudzumu kaitīgu gāzu un daļiņu, ka liela daļa saules enerģijas tika efektīvi bloķēta nokļūšanai līdz zemes virsmai. Tā rezultātā 1816. gadā visā pasaulē cieta plašs bads. Vulkānisko pelnu klātbūtnes dēļ atmosfērā tika novērots arī brūns un sarkans sniegs Eiropā. Nāvējošais sals 1816. gada jūlijā izraisīja arī masīvas ražas neveiksmes ASV ziemeļaustrumos, kā rezultātā sarunvalodā parādījās atsauces uz 1816. gadu kā “Gads bez vasaras” un “Astoņpadsmit simti un sasaluši līdz nāvei”.