影響大氣汙染範圍和強度的因素有汙染物的性質（物理的和化學的），汙染源的性質（源強、源高、源內溫度、排氣速率等），氣象條件（風向、風速、溫度層結等），地表性質（地形起伏、粗糙度、地面覆蓋物等）。
大氣中有害物質的濃度越高，汙染就越重，危害也就越大。汙染物在大氣中的濃度，除了取決於排放的總量外，還同排放源高度、氣象和地形等因素有關。特別是在出現逆溫層時，汙染物往往可積聚到很高濃度，造成嚴重的大氣汙染事件。降水雖可對大氣起凈化作用，但因汙染物隨雨雪降落，大氣汙染會轉變為水體汙染和土壤汙染。
汙染物排放量大，包括燃煤汙染、機動車排放、工業汙染和揚塵，這些汙染源排放量大，造成本次嚴重汙染的根本原因。當汙染擴散條件不利，汙染源排放汙染物難以擴散，空氣汙染隨之加重。特別是2012年12月以來，整個華北地區處於極端低溫天氣，同比溫度比往年要低，由於低溫導致燃煤采暖排放量相應增加，這個影響也比較大。
擴散條件不利。近期極端不利的汙染擴散條件是形成本次汙染過程的直接原因。10日到13日，北京地區被低壓控制，地面風速減少，濕度加大，並且逐漸形成了進風逆溫和大霧極端天氣，造成汙染物持續積累。
區域汙染和本地汙染貢獻疊加，近期，北京周邊地區汙染水平明顯高於城區，特別是北部地區，大範圍、大區域內汙染物的輸送和北京本地排放汙染物相疊加，使PM2.5汙染物濃度水平進壹步升高，也客觀上加重了北京地區的汙染水平。