4個方面的因素共同作用，導致了區域重污染天氣的發生：
一是污染物排放量超出環境容量的50%以上，是重污染頻發的根本原因。京津冀及周邊地區，也就是我們常說的“2+26”城市，高度聚集重化工產業，區域內以煤炭為主的能源利用方式、以公路運輸為主的貨運方式，導致了區域內主要大氣污染物排放量居高不下，單位國土面積主要污染物的排放量是全國平均水平的2倍-5倍，不同的污染物排放量倍數不一樣。除了二氧化硫以外，區域內的主要污染物排放量均超出了環境容量的50%以上，部分城市甚至超出80%-150%。另外，秋冬季主要污染物排放量，由于取暖的原因，比平時額外增加大約30%的排放量。總體來說，區域內的污染物排放超出環境容量，應該是重污染頻發的根本原因。
二是大氣中氮氧化物和揮發性有機物的濃度高，造成大氣氧化性增強，是重污染期間二次PM2.5快速增長的關鍵因素。大家知道，PM2.5一部分是直接排放的，但是還有一部分是由于排放到空氣中的氣態污染物，二氧化硫、氮氧化物等通過二次轉化，在空氣中形成細顆粒物，我們把這部分PM2.5叫二次轉化的PM2.5。隨著大氣污染治理的不斷深入，一次組分占比明顯下降，由空氣中污染物轉化成顆粒物的二次組分占比不斷上升。2013年以來，二次組分占比逐漸上升的趨勢比較明顯，從40%上升到50%左右，在重污染期間，顆粒物組分以二次污染物為主，比例能達到60%甚至更高。區域內氮氧化物和VOC的濃度高，會在大氣中發生快速的光化學反應，導致大氣氧化性總體處于高位，這是促使空氣中氣體污染物轉化成二次PM2.5的一個決定性因素。北京市的大氣氧化性比倫敦、東京等城市大約要高出2倍-3倍。這么一個高氧化性，也導致了區域重污染期間二次轉化速率升高3倍-5倍。大氣氧化性一方面推動氣態污染物轉成PM2.5，同時也會在夏天推動臭氧形成。因此控制大氣氧化性，是下一步協同控制PM2.5和臭氧的交叉點和關鍵點，有“一石雙鳥”的效果。
三是不利的氣象條件導致了區域環境容量大幅降低，這是重污染天氣形成的必要條件。京津冀及周邊地區位于太行山東側和燕山南側的半封閉地形中，因此客觀上存在著一個“弱風區”，同時在這個區域的上空，對流層有一個“暖蓋”的結構。大氣擴散條件“先天不足”，這主要是相對其他地方而言，本身這個地方的擴散條件就差，因此導致環境容量較小。受氣候變化的影響，2000年以來，區域環境容量整體呈現下降態勢。另外，環境容量還呈現季度和月度差異，這個大家好理解，夏天為什么空氣好，很重要的一個原因就是空氣擴散條件好。另外就是每個月、每年也因為氣象因素的變化有不同。總體而言，秋冬季比春夏季環境容量平均要小30%左右，1月份的環境容量大概是7月份環境容量的一半。因此，一旦近地面的風速小于2米/秒，逆溫導致的邊界層高度降到500米以下，相對濕度高于60%，大氣環境容量就會進一步減少50%-70%，因此極易誘發重污染天氣。第一個因素是排放多。同時由于這個區域西邊北邊都是山，環境容量先天不足，冬天又比夏天容量減少一半，兩個因素疊加在一起就很容易出現重污染。
四是區域傳輸對PM2.5影響顯著，各城市平均貢獻率大約是20%-30%，重污染期間進一步增加到了35%-50%。大氣污染治理開始階段，往往因為本地排放比較多，本地源對本地的環境質量影響比重是比較大的。隨著污染治理的深入，本地源占比逐步減少，外來輸入逐步增加。
