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Nella parte superiore della stratosfera terrestre, un sottile strato di molecole di ozono assorbe la luce solare ultravioletta, creando condizioni sulla superficie favorevoli per gli esseri viventi. Lo strato di ozono è sottile – circa lo spessore di due monetine impilate – e alcuni gas interagiscono con l’ozono provocando un assottigliamento stagionale dello strato. La maggior parte dei gas responsabili di questi buchi dell'ozono vengono rilasciati a seguito dell'attività umana industriale o agricola.
L'ossigeno costituisce circa il 21% dell'atmosfera terrestre e la maggior parte di essa esiste come molecola stabile costituita da due atomi di ossigeno. Nella stratosfera superiore, tuttavia, la luce solare ha energia sufficiente per dividere alcune di queste molecole in atomi di ossigeno liberi che possono combinarsi con le molecole di ossigeno stabili per formare ozono, una molecola composta da tre atomi di ossigeno. I tre atomi creano una configurazione che consente alla molecola di assorbire la luce ultravioletta. Gli scienziati ritengono che lo strato di ozono si sia formato circa 600 milioni di anni fa, consentendo agli organismi di emergere dal mare e vivere sulla terra.
Il cloro e il bromo hanno strutture atomiche simili ed entrambi hanno la capacità di ridurre lo strato di ozono. Quando un singolo atomo di uno degli elementi entra in contatto con una molecola di ozono, rimuove l’atomo di ossigeno in eccesso per formare una molecola leggermente più stabile – uno ione ipoclorito o ipobromito – e lascia ossigeno molecolare. Essendo tutt'altro che inerte, ciascuno ione ipoclorito e ipobromito reagisce con un'altra molecola di ozono, questa volta formando due molecole di ossigeno e lasciando il radicale cloro o bromo libero di ricominciare il processo. In questo modo, un singolo atomo di cloro o bromo può convertire migliaia di molecole di ozono in ossigeno.
Se il cloro o il bromo gassosi venissero rilasciati in superficie, nessuno dei due raggiungerebbe la stratosfera:formerebbero composti molto prima di arrivare lì. Tuttavia, il cloro è un componente primario di due classi di gas inerti, chiamati clorofluorocarburi o CFC. Questi gas migrano negli strati superiori dell'atmosfera, dove la radiazione solare è abbastanza forte da rompere le molecole e rilasciare cloro libero. Allo stesso modo, l’espulsione del bromuro di metile a livello del suolo rilascia il bromo nella stratosfera. I CFC hanno molti usi nell'industria e il bromuro di metile è un pesticida. Altre classi di gas dannosi per l'ozono contenenti bromo, chiamati halon, vengono utilizzati negli estintori e nell'agricoltura.
Nel febbraio 2013, 197 paesi avevano aderito ai termini del Protocollo di Montreal, un trattato internazionale che controlla l’uso di alcuni CFC e halon. Il trattato non affronta specificatamente il tetracloruro di carbonio, un’altra sostanza dannosa per l’ozono, ma da quando viene utilizzato nella produzione di CFC, che sono stati gradualmente eliminati, il suo utilizzo è diminuito. Il trattato inoltre non affronta il problema del rilascio di bromuro di metile o protossido di azoto. Quest'ultimo è un altro gas dannoso per l'ozono rilasciato nell'allevamento e nell'agricoltura. Come i CFC, il protossido di azoto forma un radicale reattivo nella stratosfera che priva l'atomo di ossigeno in eccesso dell'ozono.
