Hava ve su kirliliği, ya atmosfere gazlar ve partiküler maddeler sokarak ya da suya ağır metaller ve doğal toksinler sokarak doğanın kendi kirlilik biçimlerine katkıda bulunduğu iki alandır. Doğal kirlilik her gün zar zor farkedilebilecek şekillerde meydana gelir, ancak belirli türdeki volkanik patlamalar gibi garip büyük olay, büyük miktarlarda partikül kirliliği üretebilir.
Bitki ve hayvan yaşamına önemli ölçüde zarar verildiğinde kirlilik önemli kabul edilir. Atmosferde, gazların normal bileşimi azot, oksijen, argon, karbon dioksit, daha az miktarda neon, kripton, helyum ve metan içerir. Bunlar dengesiz olduğunda veya önemli miktarda başka maddeler atmosfere girdiğinde kirlilik meydana gelmiş kabul edilir.
Doğal nedenlerden kaynaklanan başlıca atmosferik kirleticiler şunlardır: karbon monoksit, nitrojen oksitler, kükürt oksitler, hidrokarbonlar ve asılı parçacıklar.
Karbon monoksit öncelikle metan oksidasyonu olarak gelir. Metan, ikincil kaynak olarak klorofilin bozunmasıyla birlikte, Dünya yüzeyindeki organik maddenin bozunmasıyla doğal yollarla üretilir. Karbon monoksit hacimce en belirgin atmosferik kirleticidir.
Azot Oksitler arasında azot dioksit, azot oksit ve nitrik oksit bulunur. Nitröz dioksit en zehirlidir, ancak nitrojen dioksit toksik değildir ve kirletici olarak bile kabul edilmez. İnsanlar bu maddelerden atmosfere daha az katkıda bulunduğundan, bunlar kaynaklarında ağırlıklı olarak doğaldır. Ana nedenler toprak ayrışması, bakteri aktivitesi ve aydınlatmadır.
Kükürt Oksitler çoğunlukla kükürt dioksit ve kükürt trioksittir. Kükürt dioksit oksitlerin çoğunluğudur. Kükürt trioksit atmosferde uzun süre kalmaz, ancak nem ile bağlanır ve suda sülfürik aside dönüşerek asit yağmurunun bileşenlerinden biri olur. Hidrojen sülfit atmosfere girip oksitlendiğinde doğadan gelen Kükürt Oksitleri oluşur. Hidrojen sülfür, organik maddenin ayrışmasından gelir. Kükürt Oksitlerin daha büyük oranı insan faaliyetlerinden kaynaklanmaktadır.
Çoğunlukla hidrojen ve karbondan oluşan hidrokarbonlar, son ve ikinci en belirgin atmosferik kirleticidir ve bunlardan binlerce vardır. Doğal hallerinde nispeten zararsız olan hidrokarbonların sorunu, atmosferde asılı kaldıklarında ve kimyasal reaksiyonlara girdiklerinde zararlı hale gelmeleridir. Bunlara ikincil kirleticiler denir ve ozonu içerir. Yine, bakteriyel ayrışmaya uğrayan organik maddeler, hidrokarbonların doğal kaynağıdır.
Duman, sis (sıvı) veya toz şeklinde olabilen asılı partikül madde. En büyük doğal neden, şaşırtıcı bir şekilde, okyanusların yüzeyinde patlayan ve atmosfere mikroskobik seviyelerde tuz salan küçük baloncuklardır. Askıda kalan parçacıklar, bileşimlerine bağlı olarak, diğer parçacıkları çekebilir ve topaklanabilir veya atmosferde daha büyük parçacıklardan parçalanabilirler. Sonuç olarak, toz fırtınası malzemesinin bileşimi ve volkanik patlamalar atmosferde çeşitli reaksiyonlara neden olabilir.
Su kirliliğinin doğal kaynakları, doğal toprak erozyonu ve su yollarına girişten veya su üzerinde asılı parçacıkların çökmesinden kaynaklanan organik maddeler, metaller ve oksijen azaltıcı maddelerden gelir. Ancak su kirliliği çoğunlukla insan kaynaklıdır. Bazı maddeler kimyasal reaksiyonlara girdiğinde veya biyokütle, su ve deniz biyomlarında devam eden doğal süreçlere müdahale ettiğinde, su yapısının doğal işlevleri ve bileşimleri tehlikeye girer.
