霧霾的主要成分是二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物。前兩者為氣態汙染物，最後一項顆粒物是加重霧霾天氣汙染。它們與霧氣結合在一起，讓天空瞬間變得灰濛濛。顆粒物的英文縮寫為PM，北京監測的是細顆粒物（PM2.5），也就是直徑小於等於2.5微米的汙染物顆粒。霾粒子的分佈比較均勻，而且灰霾粒子的尺度比較小，從0.001微米到10微米，平均直徑大約在1～2微米左右，肉眼看不到空中飄浮的顆粒物。由於灰塵、硫酸、硝酸等粒子組成的霾，其散射波長較長的光比較多，因而霾看起來呈黃色或橙灰色。
霾在發生時相對溼度不大，而霧中的相對溼度是飽和的（如有大量凝結核存在時，相對溼度不一定達到100%就可能出現飽和）。霾是由汽車尾氣等汙染物造成的。相對溼度介於80～90%之間時的大氣混濁視野模糊導致的能見度惡化是霾和霧的混合物共同造成的。當水汽凝結加劇、空氣溼度增大時，霾就會轉化為霧。霾與霧的區別在於發生霾時相對溼度不大，而霧中的相對溼度是飽和的（如有大量凝結核存在時，相對溼度不一定達到100%就可能出現飽和）。
