Солнечное ультрафиолетовое излучение создает в атмосфере озоновый слой, который, в свою очередь, полностью поглощает самую энергетическую часть этого излучения.
Этот процесс как нагревает воздух, создавая стратосферу на высоте от 15 до 50 км, так и защищает от этого вредного излучения биологическую деятельность на поверхности Земли. За последние полвека было доказано, что химические механизмы, действующие в озоновом слое, включают в себя очень эффективные каталитические цепные реакции с участием химических видов HO, HO2, NO, NO2, Cl и ClO. Цепочки NOx и ClOx включают в себя эмиссию стабильных молекул в очень низкой концентрации на поверхности Земли (N2O, CCl2F2, CCl3F и т.д.), которые блуждают в атмосфере дольше века, прежде чем поглотить ультрафиолетовое излучение и разложиться, создавая NO и Cl в середине озонового слоя стратосферы. Растущее излучение синтетических молекул хлорофторуглерода вызывает значительное снижение содержания озона в стратосфере, в результате чего на поверхность выходит больше солнечного ультрафиолетового излучения. Эта потеря озона происходит в широтах умеренной зоны во все сезоны и была резкой с начала 1980-х годов, особенно в южнополярное весеннее время - в "антарктической озоновой дыре". Химические реакции, вызывающие такое истощение озона, в основном основаны на атомных Cl и ClO, которые являются продуктом его реакции с озоном. Дальнейшее производство хлорфторуглеродов было запрещено Монреальским протоколом Организации Объединенных Наций 1987 года в редакции 1992 года. Измерения в атмосфере подтвердили, что Протокол оказался весьма успешным в плане сокращения дальнейших выбросов этих молекул. Восстановление стратосферы до состояния озонового слоя 1950-х годов будет происходить медленно в течение остальной части XXI века из-за длительного срока службы молекул-прекурсоров.
В 1980-х годах научное сообщество, политики, население и т.д. осознали, что части озонового слоя стратосферы сильно сократились. Истощение озонового слоя произошло в результате впрыска галогенов фтора и хлора в атмосферу, где химические реакции расщепляли молекулы озона в каталитическом цикле под влиянием солнечного излучения. В ходе индустриализации резко возросло количество галогенизированных углеводородов, высвобождаемых промышленным производством и бытовыми приборами. Поэтому истощение озонового слоя было явно связано с деятельностью человека.
Тем не менее, вполне возможно, что в атмосфере озоновое уменьшение происходило задолго до индустриализации. Существуют природные источники галогенов. В частности, вулканические газы, выделяющиеся во время крупных взрывных извержений, где колонны извержений достигают высот 10-40 км, способны сильно изменять состав стратосферы. Галогены - очень типичные компоненты вулканических газов. Известно, что вулканы выделяют большое количество хлора. Однако в одном из недавних исследований было показано, что тяжелый галогенный бром также переносится в стратосферу в результате взрывных извержений. В магмах бром встречается гораздо реже, чем хлор. Но из-за его химической высокореактивности он, вероятно, играет большую роль в разрушении озона. Особенно в присутствии связанных с ним агентов он эффективно участвует в каталитических цепных реакциях, поэтому даже небольшое количество брома может оказать огромное влияние на разрушение озона.
За последние 70 000 лет в Никарагуа произошла серия крупных, высоко-взрывных извержений плиния. С помощью недавно разработанного аналитического метода, использующего синхротронное рентгеновское излучение, было обнаружено высокое содержание брома в расплавных включениях в этих магмах. Вместе с хлором бром переносился на большие высоты в стратосфере, где он атаковал озоновый слой. Таким образом, возникали естественные "озоновые дыры" - задолго до вмешательства человека в состав атмосферы. Точно так же изменилось и солнечное излучение, а вместе с ним и климатические условия.
Хотя озон в верхней части стратосферы служит щитом для защиты жизни на Земле, прямой контакт с озоном наносит вред как растениям, так и животным (в том числе людям). Наземный, "плохой", озон образуется, когда газы оксидов азота, выделяемые транспортными средствами и промышленными выбросами, вступают в реакцию с летучими органическими соединениями (углеродосодержащими химическими веществами, которые легко испаряются в воздух, например, разбавителями краски). В тропосфере вблизи поверхности Земли естественная концентрация озона составляет около 10 частей на один миллиард. По данным Агентства по охране окружающей среды, воздействие озона более 70 частей на миллиард в течение 8 часов и более вредно для здоровья. Такие концентрации происходят в городах или вблизи городов в периоды, когда атмосфера теплая и стабильная. Вредные последствия могут включать раздражение горла и легких или усиление астмы или эмфиземы.