空气污染对呼吸系统的直接损害主要表现为呼吸道炎症和气道阻塞。颗粒物是空气污染中主要的组分之一，尤其是细颗粒物，直径小于2、5微米的颗粒物（PM2、5）可以深入到肺部，并引起肺部炎症反应。长期吸入高浓度的颗粒物会导致慢性支气管炎、慢性阻塞性肺疾病（COPD）等呼吸系统疾病的发生。
空气污染还会增加呼吸道感染的风险。空气中的有害物质会影响免疫系统的功能，降低人体对病原微生物的抵抗力，使人更容易感染呼吸道病原体。例如，二氧化硫和臭氧会使呼吸道黏膜受损，增加细菌和病毒进入呼吸道的机会，从而引发呼吸道感染，如喉炎、支气管炎等。
空气污染还与哮喘、过敏性鼻炎等过敏性疾病密切相关。空气中的污染物可以诱发过敏反应，引起呼吸道炎症和痉挛。尤其是细颗粒物中的有害物质，如重金属、挥发性有机物等，对过敏反应的发生和加重起着重要的作用。研究表明，居住在高污染区域的人群更容易患上哮喘和过敏性鼻炎等呼吸系统过敏性疾病。
空气污染对特定人群的影响更为显著，如儿童、老年人和患有呼吸系统疾病的人。儿童的呼吸系统尚未发育完全，较为脆弱，易受空气污染的损害。老年人的免疫力和呼吸系统功能下降，更容易受到空气污染的影响。已经患有呼吸系统疾病的人则容易因为空气污染而加重疾病症状。