霧霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物（PM2.5）組成。
霾的核心物質是空氣中懸浮的灰塵顆粒，也被稱為氣溶膠顆粒。可吸入顆粒物（PM2.5）是霧霾中的主要成分之一，這些微小的顆粒物能較長時間懸浮於空氣中，對空氣品質和能見度有重要的影響。PM2.5粒徑小，比面積大，具有更強的穿透力，可抵達細支氣管壁，干擾肺內的氣體交換，而且易附帶有毒、有害物質（例如重金屬、微生物等），對人體健康和大氣環境質量的影響較大。
霧霾中的含碳組分包括有機碳、元素碳和無機碳，這些成分主要來自工業生產、交通排放和燃燒過程。