对南极臭氧洞形成原因的解释有三种,太阳活动影响和大气动力学解释.其一,认为臭氧层中可以产生某种大气化学反应,将3个氧原子含量的臭氧（O3）分解为分子氧（O2）和原子氧（O）,从而破坏了臭氧层；其二,太阳活动影响解释,认为当太阳活动峰年（即太阳活动强烈的时期）前后,宇宙射线明显增强,促使双电子氮化物（如NO2）与O3发生化学反应,使得奇电子氮化物（如NO3）增加,O3转换为O2；其三,大气动力学解释认为,初春,极夜结束,太阳辐射加热空气,产生上升运动,将对流层臭氧浓度低的空气输入平流层,使得平流层臭氧含量减小,容易出现臭氧洞.一般认为,在人为因素中,工业上大量使用氟里昂气体是破坏臭氧层的主要原因之一.通常,氟里昂是比较稳定的物质,然而,当它被大气环流带到平流层（16公里～30公里）时,由于受太阳紫外线的照射,容易形成游离的氯离子.这些氯离子非常活泼,容易与臭氧起化学反应,把臭氧（O3）变成氧分子（O2）和氧原子（O）,从而使臭氧总量减少,形成了臭氧洞.
臭氧层空洞之所以在南极洲形成,因为臭氧的分布是很不均匀的,世界三极地区即南极、北极和青藏高原气候寒冷,臭氧层微薄,而南极封闭的大气环流系统使得被分解的臭氧得不到补充,因此形成了南极臭氧空洞.