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。因為只根據(jù)污染物的總量，并不能確切掌握環(huán)境污染的實質(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)，而且能同多種無機和有機配位體形成絡合物，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作用下，無機汞可轉(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)化的機理，需要闡明其化學的反應過程。自然環(huán)境中的影響因素復雜多變，只用一般的化學規(guī)律很難揭示反應的實質(zhì)和全貌，在污染化學發(fā)展過程中，已陸續(xù)提出和探索了許多新的課題。例如，大氣中的光化學反應和二次污染物的生成以及酸雨的形成，水體中溶液化學平衡和不平衡體系土壤和底泥中的界面化學反應，有機污染物在環(huán)境中的降解和生物氧化，有毒污染物在生物體內(nèi)的酶化學反應等。污染物在均相或多相的環(huán)境體系中轉(zhuǎn)移，經(jīng)歷各種物理化學過程，例如擴散、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)，因而只用化學熱力學是不能確切描述它們的反應過程的。

　　化學動力學是污染化學的重要基礎(chǔ)，大氣中氮氧化物向硝酸鹽氣溶膠的轉(zhuǎn)化，農(nóng)藥和有機化學品的化學氧化和光氧化，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，都涉及化學動力學過程或催化過程。

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

　　污染化學的研究方法主要有直接測定、理論推算、模擬實驗三種，每一種方法都不能充分反映環(huán)境體系的真實狀況，因而總是互相補充，綜合運用。污染化學的發(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。隨著對污染效應的認識不斷深入，注意力逐漸轉(zhuǎn)向微量和痕量污染物，如化學致癌物、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、分子水平上進行鑒定、分析、觀察，探索其形態(tài)結(jié)構(gòu)、反應機理、轉(zhuǎn)化過程和中間產(chǎn)物等。對污染效應的研究，是在分子生物學水平上，從分子結(jié)構(gòu)方面以量子化學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行界面膠體化學研究，成為污染化學的重要方面。

　　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)在作用的化學機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，如果進一步用數(shù)學定量關(guān)系表達出來，就成為模式。

　　污染化學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)、電化學位能、生成自由能、動力學常數(shù)等實驗求定值。大氣化學模式和水質(zhì)化學模式的研究都已取得很大進展，成為污染化學研究的重要方向。

　　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，主要有實驗室模擬和電子計算機模擬，有時也進行現(xiàn)場模擬實驗。目前，為模擬實驗已研制出各種設(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，光化學煙霧室、環(huán)境風洞、水體水質(zhì)模擬系統(tǒng)，以及綜合的微宇宙生態(tài)系模擬實驗場等成套設(shè)施均已問世。計算機模擬也提出了以漸近法綜合求解多種物理化學反應的固定模擬程序。環(huán)境污染體系的模擬研究已成為十分活躍的領(lǐng)域。