Trong khí quyển luôn tồn tại các chất khí gốc axit như SOx và NOx. Dưới tác động của bức xạ mặt trời, các chất khí dễ hòa tan này phản ứng với hơi nước tạo thành các axit mạnh như axit sunfuric và nitric. Trong khí quyển, các axit này tồn tại dưới dạng sol khí cùng với mây, khi xảy ra mưa, các axit này rơi cùng với hạt mưa xuống đất. Vì vậy, nước mưa trong tự nhiên đều chưa một lượng axit nhất định.
Trong hóa học, độ axit hoặc độ kiềm của một chất thường được biểu hiện bằng một đại lượng gọi là thông số pH. Các chất có pH < 7 có tính axit, giá trị này càng nhỏ thì tính axit càng mạnh. Hiện vẫn còn nhiều tranh cãi trong việc xác định trị số pH giới hạn để định nghĩa mưa axit. Theo định nghĩa của Ủy ban Kinh tế châu Âu (ECE), mưa có chứa các axit (H2SO4 và HNO3) với pH < 5,5 là mưa axit. Tuy vây, quy định về giá trị giới hạn của pH ứng với mưa axit ở những nước khác nhau có khác nhau, ví dụ ở Mỹ quy định mưa axit là những trận mưa có pH =< 5.0, còn ở Ấn độ, Indonesia, Hàn Quốc, Thái Lan, thì chỉ tiêu tương ứng với pH =< 5.6. Hiện nay người ta đều thống nhất lấy giá trị pH = 5,6 (là giá trị pH của dung dịch axit cacbonic bão hòa trong nước cất) làm giới hạn để định nghĩa mưa axit. Theo đó, tất cả những cơn mưa có độ pH đo được < 5,6 đều được xem là mưa axit.
Báo cáo giữa kỳ về các hợp chất oxit nitrogen trong không khí đi sâu vào phân tích ảnh hưởng của các loại khí này đến môi trường.
