เมื่อมีสารมลพิษอยู่ในบรรยากาศ สภาพภูมิอากาศและภูมิประเทศในที่นั้นจะมีผลต่อสภาวะมลพิษเป็นอย่างยิ่ง ลมแรงย่อมพัดพาสารมลพิษให้กระจายตัวไปได้อย่างรวดเร็ว ในขณะที่ลมสงบทำให้สารมลพิษอยู่นิ่งและอาจเกิดอันตรายในบริเวณใกล้เคียง ในทางตรงกันข้ามการชักนำเอาสารมลพิษให้ฟุ้งกระจายไปไกลดังเช่น การ ต่อปล่องควันให้สูงนั้น อาจไม่แก้ปัญหาในระยะยาวแต่กลับสร้างปัญหามลพิษกับสถานที่อื่นซึ่งอยู่ห่างไกลก็เป็นได้
อุณหภูมิของบรรยากาศควบคุมการกระจายตัวของสารมลพิษ ตามปกติอากาศจะเย็นลงเป็นลำดับตามความสูง ลักษณะเช่นนี้มักเกิดขึ้นในเวลากลางวันเมื่อแสงแดดส่องถึงพื้นดิน และช่วยพาให้สารมลพิษลอยสูงขึ้น ส่วนในเวลากลางคืนจวบจนรุ่งสางก่อนพระอาทิตย์ขึ้น พื้นดินจะแผ่รังสีความร้อนที่สะสมไว้ บรรยากาศใกล้พื้นจึงเย็นลงกว่าอากาศข้างบน ลักษณะความผกผันของอุณหภูมิ (inversion) นี้ นอกจากไม่ช่วยให้สารมลพิษกระจายตัวขึ้นสูงแล้ว ยังกลับเก็บกักไว้กับที่หรือกดให้ลอยต่ำลง
สภาพภูมิศาสตร์นี้มีความสำคัญต่อมลพิษทางอากาศเป็นอย่างยิ่ง ดังเช่น นครลอสแองเจลีสซึ่งมีหุบเขาล้อมรอบและอยู่ประชิดฝั่งทะเล มลพิษซึ่งเกิดจากการจราจรไม่สามารถกระจายพ้นออกจากหุบเขาได้ เพราะลมบกอ่อนแรงกว่าลมทะเลและลมจากพื้นราบสู่ภูเขาอ่อนกว่าลมจากภูเขาสู่พื้นราบ จึงเกิดการเก็บกักสารมลพิษไว้ในแอ่งจนเป็นอันตรายต่อชาวเมืองในบางโอกาส ในหุบเขาดอนอรา มลรัฐเพนซิลเวเนีย มีโรงงานถลุงเหล็กและทำขดลวด โรงถลุงสังกะสี และโรงงานผลิตกรดซัลฟุริก ดังนั้นเมื่อเกิดสภาวะอากาศสงบนิ่ง มลพิษในอากาศจึงสะสมอยู่มากจนประชาชนเสียชีวิต ๒๐ คน และล้มป่วยอีกหลายพันคนภายในเวลาเพียง ๔ วันเมื่อ ค.ศ. ๑๙๔๘ (พ.ศ. ๒๔๙๑) ส่วนหุบเขาเมยุส ประเทศเบลเยียม ซึ่งมีสภาพใกล้เคียงกันนั้น มีคนแก่และผู้ป่วยถึงแก่ชีวิต ๖๓ คน และล้มป่วยอีกหลายร้อยคนภายในเวลาเพียง ๕ วัน
ตัวอย่างเหล่านี้แสดงถึงความสัมพันธ์อันสลับซับซ้อนระหว่างภูมิอากาศกับภูมิประเทศตลอดจนการกระจายตัวของสารมลพิษทางอากาศท้ายที่สุดอาจร่วมกันส่งเสริมให้เกิดอันตรายร้ายแรงมากยิ่งขึ้นในบางกรณี
ในประเทศไทย มีพื้นที่ตั้งโครงการขนาดใหญ่หลายแห่งซึ่งมีสภาพคล้ายคลึงกับตัวอย่าง เช่น โครงการพัฒนาอุตสาหกรรมชายฝั่งทะเล ตะวันออกที่บริเวณมาบตาพุด จังหวัดระยองมีภูเขาตั้งกระหนาบแผ่นดินริมฝั่งทะเล ส่วนโรงจักรไฟฟ้า และเหมืองลิกไนต์ อำเภอแม่เมาะจังหวัดลำปางนั้น ตั้งอยู่ในหุบเขา หากไม่ป้องกันอาจเกิดเหตุการณ์ทำนองเดียวกับนครลอสแองเจลีสหรือหุบเขาดอนอราก็เป็นได้ จึงควรจะเตรียม ป้องกันไว้
