与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长，输送距离远，因而对人体健康和大气环境的影响更大。
粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，对人体健康危害相对较小；而粒径在2.5微米以下的细颗粒物，被吸入人体后会进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。这些颗粒还可以通过支气管和肺泡进入血液，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康的伤害更大。
大气中颗粒物对光的散射和吸收，能显著减弱光信号，大幅降低有效视距。粒径在0.4～1微米的颗粒物可以完全吸收和散射太阳光，从而造成城市能见度下降，因此PM2.5是形成灰霾天气的主因。
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