污染物的分布，不只是指在环境空间的浓度分布，而且还指污染物不同形态、不同相态之间的分配。因为只根据污染物的总量，并不能确切掌握环境污染的实质。

　　以汞为例，大气中的汞污染物主要来自含汞燃料的燃烧、含汞矿物冶炼和利用汞为原料进行生产的工厂的排放、还有来自土壤或水体中汞的挥发。它们以金属汞和氯化汞蒸汽、一甲基汞、二甲基汞以及颗粒态汞等形态存在。

　　水体中的水溶性汞，不但有不同价态，而且能同多种无机和有机配位体形成络合物，在一定条件下又会生成硫化汞等沉淀物。汞还能同粘土矿物、腐殖质、金属水合氧化物等结合为颗粒态汞。在微生物或物理化学作用下，无机汞可转化为甲基汞。水生生物还能在体内蓄积汞，各种生物高分子常以巯基与汞结合。环境中汞的总量按一定比例在各种形态之间分配。阐明汞在环境中的分布，往往要涉及十几种甚至几十种不同的形态。

　　为了掌握污染物在环境中转化的机理，需要阐明其化学的反应过程。自然环境中的影响因素复杂多变，只用一般的化学规律很难揭示反应的实质和全貌，在污染化学发展过程中，已陆续提出和探索了许多新的课题。例如，大气中的光化学反应和二次污染物的生成以及酸雨的形成，水体中溶液化学平衡和不平衡体系土壤和底泥中的界面化学反应，有机污染物在环境中的降解和生物氧化，有毒污染物在生物体内的酶化学反应等。污染物在均相或多相的环境体系中转移，经历各种物理化学过程，例如扩散、蒸发、凝结、吸附、离子交换、凝聚、絮凝、沉积、生物浓缩等，这些过程对污染物的空间位置或相态的变化都发生重要作用。

　　在环境这个开放性体系中，污染物和背景物大多并不处于平衡状态，至多处于一种稳态，因而只用化学热力学是不能确切描述它们的反应过程的。

　　化学动力学是污染化学的重要基础，大气中氮氧化物向硝酸盐气溶胶的转化，农药和有机化学品的化学氧化和光氧化，重金属在还原性水体中的甲基化，气溶胶和水溶胶的脱稳和絮凝等，都涉及化学动力学过程或催化过程。

　　环境污染物的反应常在空气和水这些流动介质中进行，不可避免要受到流体状态的影响。近年来出现了一门新的学科——环境化学动态学，专门研究污染物在环境流体中的迁移转化历程，标志着污染化学日益走向理论化和模式化。

　　污染化学的研究方法主要有直接测定、理论推算、模拟实验三种，每一种方法都不能充分反映环境体系的真实状况，因而总是互相补充，综合运用。污染化学的发展趋势，在深入分析方面可归纳为微量、微观、微粒，在综合推断方面可归纳为模型、模式和模拟。

　　环境污染研究初期，主要关心的是含量较多的污染物。随着对污染效应的认识不断深入，注意力逐渐转向微量和痕量污染物，如化学致癌物、重金属、农药、富营养化物质等。

　　对污染物的微观研究，是在原子、分子水平上进行鉴定、分析、观察，探索其形态结构、反应机理、转化过程和中间产物等。对污染效应的研究，是在分子生物学水平上，从分子结构方面以量子化学方法定量判断污染物的毒性或致癌规律。在微观研究中，广泛采用了红外光谱、x射线衍射、气相色谱—质谱联用、电子显微镜、电子能谱、激光探测等手段。

　　研究表明，微量、痕量污染物大都是同环境中微细颗粒物（微粒）相结合，以微粒为载体而迁移，在微粒表面上转化。环境微粒物质在大气中的如飘尘、金属粉末，在水体中的如粘土矿物、金属水合氧化物、腐殖质、水藻、细菌等，构成各种分散体系。对这些微粒与微量污染物的相互作用进行界面胶体化学研究，成为污染化学的重要方面。

　　近年来，对环境污染现象的宏观综合研究，首先是建立某种模型，把内在作用的化学机理以物理图象或方框图简明地表述出来。模型反映出的是定性关系，可据以判断环境污染现象的方向趋势，如果进一步用数学定量关系表达出来，就成为模式。

　　污染化学模式除了用污染物浓度和环境条件等一般参数外，还常用分配系数、平衡常数、电化学位能、生成自由能、动力学常数等实验求定值。大气化学模式和水质化学模式的研究都已取得很大进展，成为污染化学研究的重要方向。

　　为了确证提出的模型和模式，除直接观测外，还大量采用了模拟研究方法，主要有实验室模拟和电子计算机模拟，有时也进行现场模拟实验。目前，为模拟实验已研制出各种设备仪器系统、感知元件，并利用同位素示踪、荧光显示、激光测试等技术。

　　此外，光化学烟雾室、环境风洞、水体水质模拟系统，以及综合的微宇宙生态系模拟实验场等成套设施均已问世。计算机模拟也提出了以渐近法综合求解多种物理化学反应的固定模拟程序。环境污染体系的模拟研究已成为十分活跃的领域。