二次粒子，也稱為secondary particle，是由一次粒子組成的聚集體，其大小一般在1～200μm之間。它們是大氣中污染組分之間或污染組分與大氣成分之間通過多種化學反應（包括光化學反應、催化氧化反應等）轉化生成的顆粒物。二次粒子是大氣顆粒物中的重要組成成分，其組分和濃度變化將直接影響降水的酸度、大氣輻射平衡、雲凝結核和大氣能見度，從而影響區域環境和氣候。
二次粒子的生成機理主要是由一次氣態污染物SO2、NOx和NH3轉化生成的硫酸鹽和硝酸鹽氣溶膠粒子，其基本成分是硫酸銨、亞硫酸銨和硝酸銨。這些反應有氣相反應和液相反應兩種途徑，兩種途徑均屬於不可逆反應。其反應速率受SO2和NH3的初始濃度、相對濕度、太陽光強和大氣中的顆粒物等因素的影響。
二次粒子的大小可用一般的篩分法、顯微鏡法、沉降法等測定。在PM2.5顆粒中，二次粒子的比例會隨季節變化而不同，冬季可能會占到30%至40%，而夏季一般會占到60%至70%。這些粒子作為PM2.5中的危險分子，對老年人的心梗、心絞痛等心血管疾病會造成一定影響。