Feinstaub besteht aus einem komplexen Gemisch fester und flüssiger Partikel und wird abhängig von deren Größe eingeteilt: Unterschieden werden PM10 (PM = particulate matter) mit einem maximalen Durchmesser von 10 Mikrometer (µm), PM2,5 und ultrafeine Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 0,1 µm.

Stickstoffoxide (NOx) können als Stickstoffdioxid (NO2) oder Stickstoffmonoxid (NO) auftreten. Überwiegend wird NO emittiert. NO tritt aber großräumig nicht in Erscheinung, da dieses Gas relativ schnell von Luftsauerstoff und Ozon zu Stickstoffdioxid (NO2) oxidiert wird.

Feinstaub wird vor allem durch menschliches Handeln erzeugt:

In Ballungsgebieten ist der Straßenverkehr die dominierende Staubquelle. Dabei gelangt Feinstaub nicht nur aus Motoren – vorrangig aus Dieselmotoren – in die Luft, sondern auch durch Bremsen- und Reifenabrieb sowie durch die Aufwirbelung des Staubes von der Straßenoberfläche.

Stickstoffoxide (NOx) entstehen als Produkte unerwünschter Nebenreaktionen bei Verbrennungsprozessen. Die Hauptquellen sind Verbrennungsmotoren und Feuerungsanlagen für Kohle, Öl, Gas, Holz und Abfälle. In der Umwelt vorkommende Stickstoffdioxid-Konzentrationen sind vor allem für Asthmatiker ein Problem, da sich eine Bronchialkonstriktion (Bronchienverengung) einstellen kann, die zum Beispiel durch die Wirkungen von Allergenen verstärkt werden kann.

Feinstaub erreicht teilweise die Lunge, da die Filterwirkung des Nasen-Rachenraumes für feine Partikel mit weniger als 10 Mikrometer Durchmesser nicht ausreicht. So gelangen ultrafeine Teilchen (Durchmesser unter 0,1 µm) bis in die Lungenbläschen und werden von dort nur sehr langsam oder gar nicht wieder entfernt. Neue Untersuchungen lassen Auswirkungen von Feinstaub auf die Hirnfunktion vermuten. Wissenschaftlich noch nicht geklärt ist der Übergang von Feinstäuben ins Blut.

Nach Berechnungen des Umweltbundesamtes sollen in Deutschland jährlich im Schnitt rund 47.000 vorzeitige Todesfälle auf die zu hohe Belastung durch Feinstaub zurückzuführen sein, zum Beispiel durch akute Atemwegserkrankungen oder Lungenkrebs.

Wird Stickstoffdioxid in Konzentrationen von 40–100 µg/m3 über längere Zeit eingeatmet, kommt es zu gesundheitlichen Schäden (WHO). Es ist ein ätzendes Reizgas, es schädigt das Schleimhautgewebe im gesamten Atemtrakt und reizt die Augen. Durch die dabei auftretenden Entzündungsreaktionen verstärkt es die Reizwirkung anderer Luftschadstoffe zusätzlich. In der Folge können Atemnot, Husten, Bronchitis, Lungenödem, steigende Anfälligkeit für Atemwegsinfekte sowie Lungenfunktionsminderung auftreten. Insbesondere Allergiker oder Atemwegserkrankte leiden verstärkt unter einer Stickstoffdioxid-Belastung.