臭氧空洞的主要原因在於人類活動導致的化學物質排放，以及這些物質在大氣中的化學反應。
人類大量使用的氯氟烷烴化學物質（如製冷劑、發泡劑、清洗劑等）在大氣中對流層中不易分解，當這些物質進入平流層後，在強烈的紫外線照射下分解產生氯游離基，這些游離基與臭氧發生化學反應，導致臭氧濃度減少，從而造成臭氧層的破壞。此外，氟氯烴（CFC）等化學物質的排放對臭氧層的破壞起到了主要作用，這些物質在對流層中不易分解，進入平流層後在紫外線照射下分解產生氯原子，加速臭氧的分解。
臭氧層空洞的形成是一種與物理化學、大氣化學、大氣環境、氣候環境和太陽紫外輻射等多種因素有關的複雜的大氣現象和過程。