污染物的分布，不只是指在環(huán)境空間的濃度分布，而且還指污染物不同形態(tài)、不同相態(tài)之間的分配。因?yàn)橹桓鶕?jù)污染物的總量，并不能確切掌握環(huán)境污染的實(shí)質(zhì)。

　　以汞為例，大氣中的汞污染物主要來自含汞燃料的燃燒、含汞礦物冶煉和利用汞為原料進(jìn)行生產(chǎn)的工廠的排放、還有來自土壤或水體中汞的揮發(fā)。它們以金屬汞和氯化汞蒸汽、一甲基汞、二甲基汞以及顆粒態(tài)汞等形態(tài)存在。

　　水體中的水溶性汞，不但有不同價態(tài)，而且能同多種無機(jī)和有機(jī)配位體形成絡(luò)合物，在一定條件下又會生成硫化汞等沉淀物。汞還能同粘土礦物、腐殖質(zhì)、金屬水合氧化物等結(jié)合為顆粒態(tài)汞。在微生物或物理化學(xué)作用下，無機(jī)汞可轉(zhuǎn)化為甲基汞。水生生物還能在體內(nèi)蓄積汞，各種生物高分子常以巰基與汞結(jié)合。環(huán)境中汞的總量按一定比例在各種形態(tài)之間分配。闡明汞在環(huán)境中的分布，往往要涉及十幾種甚至幾十種不同的形態(tài)。

　　為了掌握污染物在環(huán)境中轉(zhuǎn)化的機(jī)理，需要闡明其化學(xué)的反應(yīng)過程。自然環(huán)境中的影響因素復(fù)雜多變，只用一般的化學(xué)規(guī)律很難揭示反應(yīng)的實(shí)質(zhì)和全貌，在污染化學(xué)發(fā)展過程中，已陸續(xù)提出和探索了許多新的課題。例如，大氣中的光化學(xué)反應(yīng)和二次污染物的生成以及酸雨的形成，水體中溶液化學(xué)平衡和不平衡體系土壤和底泥中的界面化學(xué)反應(yīng)，有機(jī)污染物在環(huán)境中的降解和生物氧化，有毒污染物在生物體內(nèi)的酶化學(xué)反應(yīng)等。污染物在均相或多相的環(huán)境體系中轉(zhuǎn)移，經(jīng)歷各種物理化學(xué)過程，例如擴(kuò)散、蒸發(fā)、凝結(jié)、吸附、離子交換、凝聚、絮凝、沉積、生物濃縮等，這些過程對污染物的空間位置或相態(tài)的變化都發(fā)生重要作用。

　　在環(huán)境這個開放性體系中，污染物和背景物大多并不處于平衡狀態(tài)，至多處于一種穩(wěn)態(tài)，因而只用化學(xué)熱力學(xué)是不能確切描述它們的反應(yīng)過程的。

　　化學(xué)動力學(xué)是污染化學(xué)的重要基礎(chǔ)，大氣中氮氧化物向硝酸鹽氣溶膠的轉(zhuǎn)化，農(nóng)藥和有機(jī)化學(xué)品的化學(xué)氧化和光氧化，重金屬在還原性水體中的甲基化，氣溶膠和水溶膠的脫穩(wěn)和絮凝等，都涉及化學(xué)動力學(xué)過程或催化過程。

　　環(huán)境污染物的反應(yīng)常在空氣和水這些流動介質(zhì)中進(jìn)行，不可避免要受到流體狀態(tài)的影響。近年來出現(xiàn)了一門新的學(xué)科——環(huán)境化學(xué)動態(tài)學(xué)，專門研究污染物在環(huán)境流體中的遷移轉(zhuǎn)化歷程，標(biāo)志著污染化學(xué)日益走向理論化和模式化。

　　污染化學(xué)的研究方法主要有直接測定、理論推算、模擬實(shí)驗(yàn)三種，每一種方法都不能充分反映環(huán)境體系的真實(shí)狀況，因而總是互相補(bǔ)充，綜合運(yùn)用。污染化學(xué)的發(fā)展趨勢，在深入分析方面可歸納為微量、微觀、微粒，在綜合推斷方面可歸納為模型、模式和模擬。

　　環(huán)境污染研究初期，主要關(guān)心的是含量較多的污染物。隨著對污染效應(yīng)的認(rèn)識不斷深入，注意力逐漸轉(zhuǎn)向微量和痕量污染物，如化學(xué)致癌物、重金屬、農(nóng)藥、富營養(yǎng)化物質(zhì)等。

　　對污染物的微觀研究，是在原子、分子水平上進(jìn)行鑒定、分析、觀察，探索其形態(tài)結(jié)構(gòu)、反應(yīng)機(jī)理、轉(zhuǎn)化過程和中間產(chǎn)物等。對污染效應(yīng)的研究，是在分子生物學(xué)水平上，從分子結(jié)構(gòu)方面以量子化學(xué)方法定量判斷污染物的毒性或致癌規(guī)律。在微觀研究中，廣泛采用了紅外光譜、x射線衍射、氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用、電子顯微鏡、電子能譜、激光探測等手段。

　　研究表明，微量、痕量污染物大都是同環(huán)境中微細(xì)顆粒物（微粒）相結(jié)合，以微粒為載體而遷移，在微粒表面上轉(zhuǎn)化。環(huán)境微粒物質(zhì)在大氣中的如飄塵、金屬粉末，在水體中的如粘土礦物、金屬水合氧化物、腐殖質(zhì)、水藻、細(xì)菌等，構(gòu)成各種分散體系。對這些微粒與微量污染物的相互作用進(jìn)行界面膠體化學(xué)研究，成為污染化學(xué)的重要方面。

　　近年來，對環(huán)境污染現(xiàn)象的宏觀綜合研究，首先是建立某種模型，把內(nèi)在作用的化學(xué)機(jī)理以物理圖象或方框圖簡明地表述出來。模型反映出的是定性關(guān)系，可據(jù)以判斷環(huán)境污染現(xiàn)象的方向趨勢，如果進(jìn)一步用數(shù)學(xué)定量關(guān)系表達(dá)出來，就成為模式。

　　污染化學(xué)模式除了用污染物濃度和環(huán)境條件等一般參數(shù)外，還常用分配系數(shù)、平衡常數(shù)、電化學(xué)位能、生成自由能、動力學(xué)常數(shù)等實(shí)驗(yàn)求定值。大氣化學(xué)模式和水質(zhì)化學(xué)模式的研究都已取得很大進(jìn)展，成為污染化學(xué)研究的重要方向。

　　為了確證提出的模型和模式，除直接觀測外，還大量采用了模擬研究方法，主要有實(shí)驗(yàn)室模擬和電子計算機(jī)模擬，有時也進(jìn)行現(xiàn)場模擬實(shí)驗(yàn)。目前，為模擬實(shí)驗(yàn)已研制出各種設(shè)備儀器系統(tǒng)、感知元件，并利用同位素示蹤、熒光顯示、激光測試等技術(shù)。

　　此外，光化學(xué)煙霧室、環(huán)境風(fēng)洞、水體水質(zhì)模擬系統(tǒng)，以及綜合的微宇宙生態(tài)系模擬實(shí)驗(yàn)場等成套設(shè)施均已問世。計算機(jī)模擬也提出了以漸近法綜合求解多種物理化學(xué)反應(yīng)的固定模擬程序。環(huán)境污染體系的模擬研究已成為十分活躍的領(lǐng)域。