大气分子由几个原子集合而成。原子集合体显示出不同的几何形状，如哑铃状的双原子分子（N2和O2）和三角状（CO2和H2O）。原子间的连接并不牢固，原子可以转动、振动和相对移动，然后重新回到一般状态上去。
然而，根据量子物理学定律，原子的运动不是随意的。运动的类型和次数都是确定的。由于每次运动消耗的能量是一定的，分子在释放或吸收能量时便只能采取跃迁的方式。当我们说一个分子的能态被“量子化”了，这就是说，分子的能态形成了一系列不同能态。要从一种能级过渡到另一种能级，就应当在一次推动中，向该体系提供足够的能量使其势能一下子跃迁到上一个能级。分子的情况也是这样，要使它从一种能态过渡到另一种能态，应该一次供给必需的能量。
光就是在这时起作用的。光由多种振波混合而成的。每种振波都有自己的波长，即自己的颜色（颜色由光的频率决定的）。我们知道光可以传播能量，这样，每种颜色都在传递着自己特有的能束，也就是说，能束值因颜色不同而不同。于是，开展至为精细的显微观测，我们便可以看到这种大自然“量子化”性状的又一显示。
分子可以吸收光能，但自然规律不允许它随意吸收。分子将在光的各种颜色中进行“选择”。选择的颜色，其能量要在数值上与空闲的“中间横档”吻合一致。借助这些能束，分子可以激发，过渡到更高一级的能态。
与此同时，穿过分子气体的光将会失掉（至少是部分地失掉）相应的颜色。譬如光在入射为白色，则射出时会显示出色彩来。气体愈浓厚，光线颜色被吸收得就愈多。这种现象使一定的颜色和吸收系数与分子相适应。在组成白色光的多种波长中，每个分子都有一系列的吸收射线，其组合称作分子的“吸收光谱”。
这种吸收光谱可以用来表征某一种分子，每一种分子都有自己的特征光谱。穿过分子气体的光线，其某些成分会被剔除，那么气体自身会发生什么样的突然变化呢？气体在吸收光能之后便获得了能量。气体分子因获得能量而被激发，扰动得更强烈。一种气体的分子扰动度可简称为这种气体的温度，当我们用有着“合适”波长的光线照射一种气体时，这种气体会受热，温度升高。
由以上我们可以看出：光在穿过一种气体时会失掉部分有色组分，造成气体分子温度增高。每一类分子各自吸收自己的颜色。这种基本机制是，光能的某些组分发生量子传递，使分子在分子能级的范围里从一个能级跳到另一个能级。于是，臭氧对紫外线能起过滤作用以及大气温度能固定不变等现象便可以得到说明。
二、臭氧“层”
臭氧分子由三个呈三角形组合的氧原子构成，其特有的性质是可以吸收紫外线。紫外线存在于太阳光谱中肉眼不可见的部分，由于是位于紫光以外的短波附近，故称紫外线。
位于近15千米～25千米高空处的臭氧薄“层”能够吸收太阳紫外线。不应将臭氧带想像为纯净的臭氧组成，而应视为臭氧较别处更为集中的高空区。这里臭氧虽然相对集中，但含量依然极低，浓度值始终要以百万分之几计算。
大气层分为对流层、平流层、散逸层和电离层，臭氧就主要分布在对流层和平流层之间。你或许会有这样的疑问，臭氧为什么不是均匀分布于整个大气层，而是集中在一特定高度的高空？大气层毕竟是一个动力系统，那里有暴风，动态纷乱无序，可为什么其组成不是均匀和浑然一体而是分层的？我们将会看到，这个道理虽然极简单，但又是极重要的。
要了解臭氧层的形成，仍然需要求助于光和分子的相互作用。接受光线照射的分子吸收部分光能，便可以在分子各能级之间出现量子跃迁。在被吸收的光能作用下，分子会出现振动、转动和移动。让我们假定能量吸收作用十分强烈。这时，分子会振动得很有力，使组成分子的原子相互脱离。
譬如，氧分子在受到太阳照射后会发生分解，产生出两个游离态的氧原子。释放出来的氧原子性质十分活泼，它们会立即做出反应，与其他原子连接，形成另一种分子。
首先，有两种浓度极大的分子可作为游离态氧原子的结合体，它们是氮分子（N2）和氧分子（O2）。氮为惰性气体，氧原子与之结合的可能性不大。剩下的就是氧了。游离的氧原子（O）确实能成功地实现与氧分子（O2）的结合，形成臭氧分子（O3）。
这样氧分子分解继而形成臭氧分子的双重机制并不是十分有效的。在100万个空气分子中，仅能形成三或四个臭氧分子。就是这三四个臭氧分子一点一点地集聚成为臭氧“层”的。
臭氧所以在15千米～25千米的高空形成，是基于两种简单原因。30千米以上的大气层已没有足够的氧气；在15千米以下的大气层，由于到达那里的太阳光谱不再有适宜的波长，使氧气已不可能分解为氧原子。
说到这里，我们已经懂得了臭氧“层”的形成原因。然而我们被告知，在人类施放化学产物的作用下，臭氧“层”正在遭到破坏，也就是说，这一高度的大气臭氧含量正在减少。这很令人担忧，虽然臭氧含量很少，但其浓度变化对人类健康和气候带来很大的影响。
三、臭氧“洞”
20世纪60年代以来，对南极臭氧进行了系统的测量工作。工作表明，春季臭氧含量最大，秋季则达到最小值，春秋之间的变化量约为12％。
总臭氧量用地面传感器和卫星载传感器测定，地面多布森分光光度计网络提供了臭氧的历时最长和最广泛的记录。该网络目前有60多个观测站，位置位于北半球和内陆，网络中多数观测站始于20世纪50年代末期或60年代初期。臭氧的垂直分布是用地面探测技术、气球探测技术、火箭探测技术和卫星技术测定的。对于长期的全球臭氧趋势分析来说，卫星测定正变得越来越重要。
在1984年，英国科学家首次发现南极上空的臭氧“空洞”。这里得说明一下，所谓“空洞”是对一个严格确定的最小值所作的夸张，当时发现臭氧含量减少量不是观测到的12％左右，而是40％。人们就是这样把不是层的臭氧“层”中的一个不是洞的东西称作“空洞”。
美国的“雨云—7号”气象卫星于1985年测到这个“洞”，其面积与美国领土相等，深度相当于珠穆朗玛峰的高度。在1991年，这个南极臭氧洞出现了有记录以来的最低浓度值，在最严重的几天，南极紫外辐射是前几年中最大测量值的两倍。
据报道，1995年南极上空臭氧空洞以创记录速度在扩张，而且臭氧量已连续8年在急剧减少。从8月份臭氧层损减速度达每天1％，到11月份损减仍未终结。在气氛减少高峰期9月～10月，其面积已扩大到2000万平方公里，相当于欧洲面积的两倍。在中纬度地区，臭氧层耗损超过10％，在西伯利亚地区达到35％。气象观测数据表明，英、北大西洋和北美上空也可能出现创纪录的臭氧空洞，英国北部地区上空臭氧层损耗到通常水平的60％，伦敦上空臭氧含量在95年冬季已达到最低值。获1995年诺贝尔化学奖的著名荷兰化学家保尔·克鲁茨日前认为，由于美国南部天空中臭氧层比往年薄5％～10％，今年夏天奥运会期间访问亚特兰大的各国旅游者将受到平均数的20％的紫外线照射。
与此同时，北半球的臭氧层减少同样让人担忧。据NASA测定卫星上数据表明，1989年北极臭氧层与1870年测试结果相比，已经被吞掉19～24千米深。而北半球与其他地区的臭氧层也比1969年减少3％。欧洲臭氧层联合调查小组自1991年11月起，对欧洲、格陵兰和北极圈臭氧层量和破坏臭氧层物质氟氯烃等的浓度进行了调查。结果表明，欧洲上空的臭氧层比往年减少了10%～20％，是历年来最低的。在德国部分地区上空，1991年12月臭氧减少了10％，而在1992年1月，比利时上空的臭氧减少了28％。
臭氧层的严重损耗引起了世界各国的密切注意。我国气象科学院发现每年6月份开始在青藏高原上空出现臭氧异常低值中心，比正常值低11％，这种现象一直持续到10月上旬才消失，而且低值中心臭氧总量逐年下降。这是继南极、北极出现臭氧洞后的第三个“臭氧洞”。1995年10月份中美气象科学家在北京共同探讨其成因及影响。
臭氧层破坏的效应
前面已说过，臭氧的一个重要特性就是吸收紫外线。臭氧柱总量的减少趋向于使到达地表的太阳紫外线辐射B部分（其波长在290～315纳米）增加。UV—B辐射是到达地表的阳光中最具活力的一部分。它对人类健康、动物、植物、微生物、材料和大气质量都有重要影响。所以，对于UV—B辐射增加的任何变化都须密切注视其可能后果。研究臭氧的危害性主要是研究UV—B辐射的结果。
一、紫外辐射的变化
在过去几年中，UV辐射（即紫外线辐射）的质量和数量都大大提高了，紫外线水平的增强明显地与南极区春季臭氧减少有关。测量表明，南极紫外线在夏至前就达到最大值。在春季臭氧耗损期间，南极洲的有损于DNA（生物遗传基因）的辐射便可超过美国的夏季最大值。在阿根廷、智利、新西兰和澳大利亚的测量表明，其紫外线水平高于北半球相应纬度上的测量值。
1979年～1993年的全球臭氧卫星测量表明在两个半球的中高纬度地区UV—B辐射有了显著的增加，但在热带地区变化较小。在当前的氟氯烃逐步淘汰的计划下，由于平流层的氯含量（一种破坏臭氧的主要元素，下文将作详细说明。）出现高峰并伴随着臭氧减少，预计全球的紫外线辐射水平在世纪之交时达到最高峰。臭氧有望在今后50年里恢复到被损耗前的水平，这就需要全球人民的共同努力。
二、对人类和动物健康的影响
臭氧层耗损引起的UV—B辐射增加对人类健康产生重要影响。潜在的危险包括眼病、皮肤癌和传染病发病率的增加。
实验表明，紫外线辐射对眼睛的角膜和晶状体有害。曝露于紫外辐射，可以诱发多种眼病，最严重的是白内障。在许多国家里，这是造成失明的主要原因。美国的一项研究表明，同温层的臭氧每减少1％，白内障的发病率估计将增加0.6％～0.8％。
紫外线—B辐射会影响免疫系统，会抑制对皮肤诱发肿瘤的免疫功能。实验表明，它会抑制皮肤，乃至全身某些感染的抵抗力。由于紫外辐射的增加，大量的疾病的发病率及严重程度大大增加了。这些疾病包括麻疹、火痖、疱疹、其他引起皮疹的病毒性疾病，通过皮肤传染的寄生虫病、细菌感染（如肺结核和麻风病）和真菌感染等。
每个细胞里的遗传物质（脱氧核糖核酸）都对紫外光敏感。对脱氧核糖核酸的损伤会杀死细胞或将其变成癌细胞。据计算，臭氧每减少1％，非黑色素瘤皮癌就增加3％，美国环境保护局进行过估算，按美国现有人口计算，良性黑色素瘤的病例将增加45万例，恶性黑色素瘤的病例将增加1000例。
位于世界最狭长的国家智利南端海伦娜角，濒临著名的麦哲伦海峡，可说是“世界末梢”，令人震惊的是所有的动物都是瞎子，羊都患有白内障，野生鸟类盲目乱窜，常飞进居民院内或房屋中，这一切都是由于臭氧洞的形成导致紫外线无阻挡的侵害生物。
三、对生态系统其他方面的影响
全世界人类消费的动物蛋白有30％以上来自海洋，而且在许多国家（尤其是发展中国家），这个比例更高。因此，了解太阳UV—B辐射增强水生生态系统的生产力十分重要。
另外，海洋对全球变暖具有关键作用。海洋浮游植物能大量吸收大气中的CO2，对大气中的CO2浓度的未来发展趋势具有决定性作用。浮游植物构成水生食物网的基础。海洋浮游植物不是均匀地分布于全世界的海洋中。高纬度地区浓度最高，而除大陆架涌流区外，热带和亚热带的浓度则低于1％～10％。除了营养物质、温度、盐度和光照对浮游植物分布起作用外，一般发生在热带和亚热带的太阳紫外辐射B部分的大量照射也起重要的作用。
研究者们利用与南极臭氧空洞相关的UV—B辐射的时间和空间的变化，对照空洞外浮游植物，对空洞内浮游植物生产力进行了评估。结果表明，浮游植物生产力直接由于臭氧耗损引起的UV—B辐射增加而降低。一项研究指出，在边缘冰区浮游植物生产力降低6％～12％。
研究发现，太阳UV—B辐射能危害鱼、虾、蟹、两栖动物和其他动物的早期发育。最严重的影响是降低繁殖能力和损害幼体发育。即使按目前的水平，太阳UV—B辐射也是一个限制性因素，而且UV—B辐射少量增加也能引起消费者有机体数量的大幅度减少。平流层臭氧减少10％，变异幼体鱼群会增加18％，15天受到比正常高20％的UV—B辐射，可杀死10米水深中的幼体鱼群。