雾霾天气中对健康有害的主要是气溶胶粒子，如矿物颗粒物、海盐、硫酸盐、硝酸盐、有机气溶胶粒子、燃料和汽车废气等，这些细微的颗粒能直接进入并粘附在人体呼吸道和肺叶中。尤其是亚微米粒子会分别沉积于上、下呼吸道和肺泡中，引起鼻炎、支气管炎等病症，长期处于这种环境还会诱发肺癌。
以PM2.5为例，它的粒径小，比表面积相对大，更易富集空气中各种有毒重金属、酸性氧化物、有机污染物等多种化学物质以及细菌和病毒等微生物，PM2.5能通过呼吸系统被人体直接吸入，沉积到肺泡，甚至可通过肺直接吸收而到达体内其他器官。如果长期吸入含PM2.5的污染空气，会导致人体呼吸系统和其他器官系统和组织结构的损害，并可引起暴露人群心脑血管和呼吸系统疾病死亡率的明显增加。与此同时，PM2.5所携带的重金属、PAHs(多环芳烃)等物质增大了罹患癌症的风险。
雾霾天还是心脏杀手。雾霾天气中的颗粒污染物不仅会引发心肌梗死，还会造成心肌缺血或损伤。雾霾笼罩时气压较低，空气中的含氧量有所下降，这时易感到胸闷。潮湿寒冷的雾和霾，还会造成冷刺激，导致血管痉挛、血压波动、心脏负荷加重等。雾霾中的一些病原体会导致头痛，甚至诱发高血压、脑溢血等疾病。有心血管疾病的人，尤其年老体弱者，不要在雾霾天出门，以免发生意外。
雾霾天气还会导致近地层紫外线的减弱，易使空气中传染性病菌的活性增强。
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