Il particolato atmosferico è un sistema complesso sia per le dimensioni delle particelle che vi partecipano sia per la loro composizione sia per i fenomeni di formazione che stanno alla base della loro generazione. Può essere utile, prima di procedere ad una descrizione più accurata dell’aerosol soffermarsi sul significato del termine dimensione del particolato atmosferico: la dimensione di una picccola molecola o di un atomo è dell’ordine di 10-8 cm. Non c’è una definizione generalmente accettata di quanto grande debba essere un agglomerato di molecole per essere classificato come particella, ma particelle di circa 10-7 cm sono state misurate e questa rappresenta la più piccola dimensione misurabile. Queste sono soggette a notevoli movimenti browniani (mobilità) e si agglomerano molto rapidamente con particelle più grandi. Le particelle con dimensioni di 10-6 cm sono più stabili e permanenti e la visione di queste comincia ad essere possibile con il microscopio elettronico. Le particelle con dimensioni di 10-5 cm sono considerate ‘grandi’ nel contesto dell’aerosol atmosferico. Il particolato di queste dimensioni è poco affetto sia dai movimenti browniani che dalla sedimentazione gravitazionale; di conseguenza queste hanno una maggiore permanenza in atmosfera poiché i processi di rimozione sia diffusivi che a inerziali sono al minimo. Nel campo degli aerosol atmosferici la dimensione di 10-4 cm (1 micrometro ) può essere considerata la più piccola delle particelle ‘giganti’.

La velocità di sedimentazione gravitazionale di una particella da 1 micron è di circa 1 mm ogni 5 secondi, ma in questa zona dimensionale la velocità di caduta aumenta col quadrato delle dimensioni. Le particelle di queste dimensioni si possono osservare su una superficie a bassi ingrandimenti. Le particelle con dimensioni di 10-3 cm (10 micron), di densità 2 g/cm3 hanno una velocità di caduta di circa 2 cm/s, cosicché in un paio di minuti pressoché tutte le particelle di questa dimensione, presenti in un ambiente di medie dimensioni (stanza) cadranno al suolo. Particelle di queste dimensioni sono visibili a occhio nudo su una superficie adatta e la loro forma e dimensione può essere ben valutata con microscopia ottica.

La prima descrizione sperimentale dell’aerosol atmoferico è stata fornita dai ricercatori americani, nei primi anni ‘70, in seguito a campagne di misura svoltesi in aree industriali, ai margini di importanti vie di comunicazione, vicino a zone desertiche e nei dintorni di impianti di generazione elettrica. In seguito a diversi studi è stato proposto il modello dello spettro dell’aerosol atmosferico, dove, esso, viene schematizzato da particelle aventi dimensioni accomunabili in tre modi principali. Il primo modo, denominato anche modo dei nuclei o nucleazione si estende da dimensioni attorno a 4-5 nm fino a 60-70 nm.

Esso consiste di particelle prodotte dalla condensazione di vapori caldi e di gas aventi bassa volatilità ed è formato da particelle "primarie" che, per coagulazione tra esse popolano tale modo. Le particelle che compongono il modo dei nuclei hanno origine prevalentemente da combustione e provengono da processi ad alta temperatura. 

Il secondo, denominato anche modo di accumulazione costituisce il 90% dell’aerosol e si estende dal limite superiore del modo precedente fino a particelle di diametro di qualche mm. Questo è il risultato della coagulazione di aerosol di dimensione più piccole. In tale intervallo di dimensioni, i fenomeni di rimozioni dell’aerosol (cattura per diffusione, impatto) hanno limitata efficienza, pertanto la maggiore forma di rimozione è rappresentata dal dilavamento atmosferico (wash-out che pulisce l’aria attraverso correnti a getto e movimenti delle nuvole; rain-out che rappresenta l’ impatto delle particelle con la pioggia e la conseguente caduta).

Il terzo modo denominato delle particelle grossolane (coarse), si estende da qualche mm fino all’ ordine delle decine di micron. Per composizione e generazione risulta del tutto diverso dai precedenti. Infatti esso è il risultato dei fenomeni meteorologici quali pioggia e vento e di fenomeni naturali quali l’ emissione da vulcani o la generazione da superficie del mare. In esso sono pure presenti gli aerosol di origine vegetale, come le spore e i pollini. Inoltre è presente una componente di risospensione di aerosol della crosta terrestre, che può essere generata sia da fenomeni atmosferici sia da fenomeni connessi alle attività umane quali la risospensione di polvere stradale a causa del traffico su importanti vie di comunicazione. Se la descrizione in massa (volume) evidenzia la presenza dei tre modi; la descrizione in numero presenta la predominanza del modo dei nuclei e la presenza del modo di accumulazione attorno a dimensioni del diametro pari a circa a 0,1 micron. Risultano pertanto importanti entrambi i tipi di valutazione: in numero e in massa. Dai dati emerge inoltre che alle dimensioni inferiori sono predominanti gli effetti dovuti alla diffusione browniana, mentre gli effetti dovuti alle caratteristiche aerodinamiche risultano importanti per dimensioni superiori.