霾的成因是多方面的。天气分析表明，北方城市冬季凡是大范围、长时间、高浓度的雾霾，总是由气候背景、天气条件、城市环境、社会管理等多种因素叠加所致。从气候背景来看，需要空气湿度长期在高位徘徊并趋于饱和，为大雾产生提供充足的水汽资源。从天气条件来看，需要近地面空气静止少动，无风，大气层结稳定，不利于污染物的流动与扩散，而有助于水汽、悬浮颗粒物的逐渐累积。
从城市环境来看，由于城市高楼林立，楼宇间距过窄，阻碍了空气流动；机动车数量猛增，烧烤等活动造成不容忽视的低空污染；环境保护步伐没能跟上等，成为引发霾的强劲推手。从社会管理来看，煤烟型城市每年工业和采暖用煤量惊人，采取集中供热模式，同一时间开启。这后两个人为因素为霾大规模发生与持续发展提供了更多的凝结核。因此，清晨生成的辐射雾与徘徊不去的烟霾相互叠加，正是“不霾则已、一霾惊人”的原因所在。
霾雾并非同根生。由于霾和雾同归属于视程障碍现象，它们都可以使大气混浊、视野模糊；而且，还可能互相变换角色。所以，人们提到霾时，总要把它与雾联系在一起，说成或写成“雾霾”。对于“雾霾”这一词，中国气象局一些研究人员提出异议，建议中间用标点符号区分，改为“雾、霾”或“雾-霾”。可是，老百姓和媒体称谓“雾霾”已经习惯，改起来很难。不过，叫归叫，其科学道理还是应该知道的。
从本质上来说，雾霾并非同根生，它们有着非常明显的不同之处。霾看上去灰蒙蒙一片。在显微镜下，霾是由无数个微小的干性粒子组成的，这是人的肉眼无法分辨出来的，一般来说，它们比雾滴小，霾粒子的直径仅有0.3～0.6微米。霾的组成成分非常复杂，囊括几百种颗粒物之多。
这些颗粒物可以分为无机成分和有机成分：无机成分，如矿物粉尘、土壤尘、沙尘、火山灰、海盐、黑碳、硫酸盐、硝酸盐等；有机成分，如有机碳氢化合物、具有生物活性的粒子（病毒、病菌、花粉、孢子）等。需要提及的是，汽车尾气和工厂废气里含有大量氮氧化合物和碳氢化合物，在太阳光作用下，发生光化学反应，产生光化学烟雾，其主要成分是一系列氧化剂，如臭氧、醛类、酮等，被称为空气二次污染物，这也是霾的成分之一。
由于霾的这些粒子散射波长较长的那部分可见光比较多，因而霾看起来呈黄色或者橙灰色，给人一种晦暗、压抑的感受。人们对霾的认识有个由浅至深的过程，中国气象局也在2013年重新修订后的霾预警信号标准中增加了PM2.5含量的内容。气象上按水平能见度和空气相对湿度的大小，将霾分为轻微霾、轻度霾、中度霾和重度霾4个等级。中国气象局研究员汪勤模等根据雾、霾二者各自的定义，总结出二者的十大区别。一是水平能见度不同。
雾的水平能见度小于1000米，霾的水平能见度小于10千米。二是相对湿度不同。雾的相对湿度大于90%，霾的相对湿度小于80%。相对湿度80%～90%是霾和雾的混合物，但其主要成分是霾。三是厚度不同。雾的厚度只有几十米至200米左右，霾的厚度可达3000米。四是边界特征不同。雾的边界很清晰，过了“雾区”可能就是晴空万里；而霾与晴空区之间没有明显的边界。五是颜色不同。
雾是乳白色、青白色，霾是黄色、橙灰色。六是形成条件有差异。虽然雾和霾的形成都需要微风或无风，大气状态稳定，即要有逆温层，但是，雾需要一定的水汽和降温条件，使得空气达到饱和而发生凝结现象；而霾的形成并不需要水汽和降温条件，主要是空气中（干性）颗粒物要达到一定浓度，相对湿度不要大。七是成分不同。
雾主要是由微小水滴或冰晶组成，雾滴尺度一般为3～100微米；霾是由肉眼看不见的复杂微小粒子等组成，霾粒子的直径仅有0.3～0.6微米。八是日变化不同。雾一般在午夜至清晨最容易出现，日出后会很快消散；霾的日变化特征不明显，当气团没有大的变化，大气层结较稳定时，持续时间较长。九是季节变化不同。
我国一年四季都可能有雾出现，大多数地区秋冬季节为雾多发期，春、夏季雾较少；霾全国大部分地区均有明显的季节变化，冬季多，夏季少，春秋季居中。十是指示意义不同。一般来说，雾有天气预报的指示意义，如谚语“十雾九晴”；霾更属于环境问题，在大气污染研究和空气质量预报中的指示意义显得更重要。