在高层大气中太阳的各种射线撞击氧分子，在紫外线撞击下氧分子分解成两个氧原子，一个氧原子和其余的氧分子化合成一个臭氧分子，这就是臭氧的光化学生成过程。臭氧吸收太阳紫外辐射加热平流层大气，形成平流层环流特征。紫外线又可以击碎臭氧分子，分解成氧分子和一个氧原子，成为臭氧的光化学分解过程。

臭氧有吸收太阳紫外辐射的特性，臭氧层会保护我们不受到太阳紫外线的伤害，所以对地球生物来说是很重要的保护层。如果生成速率大于分解速率，臭氧总量就会增加，例如，有些科学家认为太阳活动变大时，臭氧增加了3%。如果分解速率大于生成速率，臭氧总量就会减少。如果减少到正常值的50%以上，就会形成臭氧洞。

一般认为，在人为因素中，工业上大量使用氟利昂气体是破坏臭氧层的主要原因之一。通常，氟利昂是比较稳定的物质，然而当它被大气环流带到平流层时，由于受太阳紫外线的照射，容易形成游离的氯离子。这些氯离子非常活泼，容易与臭氧起化学反应，把臭氧变成氧分子和氧原子，从而使臭氧总量减少，形成了臭氧洞。在离地面20～30千米的大气层内，是臭氧集中分布的地带，称作臭氧层。太阳辐射透过这层大气时，大量的臭氧吸收了波长较短的紫外线辐射，大大减弱了到达地面太阳辐射中的紫外线强度。然而，若臭氧层的臭氧含量大大减少，则吸收太阳紫外线辐射的能力减弱，到达地面的太阳辐射强度会增大。有记录以来，在2000年9月3日南极上空的臭氧层空洞面积达到2830平方千米，超出中国面积两倍以上，相当于美国领土面积的3倍。这是迄今观测到的最大的臭氧层洞。

南极是一个非常寒冷的地区，终年被冰雪覆盖，四周环绕着海洋。1985年，英国科学家法尔曼等人在南极哈雷湾观测站发现:1977—1984年每到春天南极上空的臭氧浓度就会减少约30%。从地面上观测，高空的臭氧层已极其稀薄，与周围相比像是形成一个“洞”，直径达上千千米，“臭氧洞”由此而得名。在过去20多年间，每到春天南极上空平流层的臭氧都会发生大规模耗损。极地上空臭氧层的中心地带，近95%的臭氧被破坏。

臭氧洞可以从臭氧洞的面积、深度及延续时间几个方面认识。1987年10月，南极上空的臭氧浓度下降到了1957—1978年间的一半，臭氧洞面积则扩大到足以覆盖整个欧洲大陆。1989—1991年连续三年发现大规模的臭氧洞。之后，臭氧浓度下降的速度还在加快，有时甚至减少到只剩30%，臭氧洞的面积也在不断扩大。根据日本气象厅公布的资料显示，1982—1991，南极臭氧洞的面积扩大了10倍，深度增加了2倍。1994年10月观测到臭氧洞曾一度蔓延到了南美洲最南端的上空。1995年观测到的臭氧洞的天数是77天，到1996年南极平流层的臭氧几乎全部被破坏，臭氧洞发生天数增加到80天。1998年臭氧洞的持续时间超过100天，是南极臭氧洞发现以来最长的记录，而且臭氧洞的面积比1997年增大约15%。

联合国发布的《2010年臭氧层消耗科学评估》传出好消息:在各国的努力下，地球大气臭氧层已停止损耗，不再变薄，到本世纪中期能有很大程度的恢复。世界气象组织的专家莱恩·巴里认为:“全球臭氧以及南北极臭氧已经停止损耗，不过尚未递增。”

多数科学家认为，大气臭氧层损耗速度已经减缓，南极上空的臭氧洞有望在2050年前后消失。不过，也有研究认为南极上空臭氧洞的消失将是2068年以后的事。

大气中臭氧的损耗直接危及人类的生存。在联合国的积极协调下，国际社会于1985年签署了《保护臭氧层维也纳公约》，并于1987年制定了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，具体确定了保护臭氧层的原则和国际合作框架。迄今为止，190多个国家加入了这一公约和议定书。由于国际社会采取了有效措施，人类排放到大气中的氟利昂等消耗臭氧层物质的总量开始下降，大气臭氧层损耗速度出现了减缓的迹象。

近年来的观测资料显示，就臭氧洞的面积、深度及延续时间等指标的实际情况而言，南极上空大气臭氧层的损耗仍然很严重。例如，2000年以来，南极臭氧洞一直维持在大面积损耗的水平上，2003、2006和2008年臭氧洞面积均超过2500万平方千米，其中，2008年达到2720万平方千米，比整个北美洲的面积还大。2009年南极臭氧洞的大小仍维持在近几年的水平上。可见，南极上空臭氧层损耗还没有停止。虽然南极臭氧洞的面积每年都有变化，但目前还不能判断臭氧洞是不是已经开始缓慢地修复。

从科学角度来看，大气层中臭氧总量减少到220个多布森单位以下(为了描述大气中臭氧的密度，规定千分之一厘米厚度的臭氧层为一个多布森单位。选用这个名字是为了纪念过去的一个英国牛津大学的学者Gordon Dobson。此外，规定220个多布森单位是臭氧层空洞的标准)，才被认为是出现了臭氧洞。按照这个标准，南极上空春季臭氧总量虽然在20世纪70年代末开始明显减少，但是，到1982年10月才首次低于220个多布森单位。最近几年，南极上空臭氧洞中臭氧的最低值都低于120个多布森单位。

在人们研讨大气臭氧层问题时，有一些问题须特别注意。虽然人类已采取多种措施保护臭氧层，使那些被认为是破坏大气臭氧层元凶的物质的排放总量在减少，但这些物质在大气中的浓度仍然远高于大气臭氧层出现明显损耗之前的水平，而且它们在大气中的平均寿命达数百年，所以在今后相当长时间内它们还会继续破坏大气臭氧层。另外人们应当清醒地认识到，大气臭氧层的恢复是在当前全球气候变暖的大背景下进行的，涉及大气中很多物理、化学和动力学过程，是一个复杂的科学问题。这就使得大气臭氧层的恢复过程变得十分复杂，并且带有很大的不确定性。这也正是人们对大气臭氧层恢复时间的预测出现了较大的差别的原因。

大气臭氧层的恢复将是一个艰巨而漫长的过程。在这一问题上，国际社会必须携手合作，积极采取有效措施，保护地球环境、保护大气臭氧层这把人类赖以生存的“保护伞”是全人类的责任和义务。