研究光化学烟雾的形成和污染规律需要深入理解其复杂体系中的多种因素，包括气象条件（如大气稳定度、风向、风速、湿度和阳光通量）以及污染物的成分、含量和排放情况，以及其中的化学反应过程。为了分离并研究这些因素，科研人员设计了光化学烟雾模拟箱，这种设备能够在可控的温度和相对湿度环境中，通过照射污染物来模拟大气中的化学反应过程。
在模拟实验中，关键步骤包括NO2在光照下的光解，这是光化学烟雾生成的初始反应。碳氢化合物在自由基（如HO、O和O3）的作用下，会氧化成醛、酮、醇、酸等产物，以及重要的中间体如RO2、HO2和RCO等。过氧自由基还会促使NO转化为NO2，进而形成O3和PAN等化合物。以丙烯、正丁烷和乙烯等有机物为例，其详细的化学反应机制可以包含多达242个步骤。
此外，二氧化硫(SO2)在光照下会被氧化为硫酸和硫酸盐，这些气溶胶成分对光化学烟雾的形成和能见度降低有很大影响。挥发性小的碳氢化合物氧化产物也可能凝结成气溶胶液滴，进一步加剧这一现象。通过实测和模拟研究，科研人员可以发展大气质量模拟模式，预测污染物在不同气象条件下的时空分布及其对大气质量的影响，从而寻找有效的控制光化学烟雾的策略。
光化学烟雾又称“光化学污染（photochemical pollution）”。大气中因光化学反应而形成的有害混合烟雾。如大气中碳氢化合物和氮氧化合物在阳光的作用下起化学反应所产生的化学污染物。1944年美国洛杉矶首次发生光化学烟雾，此后东京、墨西哥城、兰州、上海及其他许多汽车多污染重的城市，都曾出现过，已成为许多大城市的一种主要空气污染现象。