Kromě s aktivitou člověka spojených zdrojů, existuje také řada přírodních zdrojů znečišťování ovzduší. U řady znečišťujících látek tak nikdy nelze dosáhnout stavu nulových koncentrací, ani v úplné nepřítomnosti člověka na planetě.
V prostředí České republiky se sice nejedná o relevantní zdroj, na straně druhé může velmi velký sopečný výbuch emitovat do ovzduší obrovské množství znečištění a tímto dočasně ovlivnit například i světové klima.
Do ovzduší se při výbuších dostává například velké množství prachových částic a oxidu siřičitého, dále sirovodík, oxid uhelnatý, chlorovodík nebo fluorovodík. Vysoké množství oxidu siřičitého může následně vyvolat například kyselé deště.
Lesní požáry mohou velmi významně ovlivnit kvalitu ovzduší v bližším i širším okolí. Požár lesa představuje spalovací proces, který navíc není kontrolován, proto dochází ve významné míře k tzv. nedokonalému spalování, během kterého se obecně do ovzduší dostává řada znečišťujících látek, podobně jako například během táboráku nebo pálení dřeva.
Mezi tyto látky patří jak částice, zejména menší frakce PM2,5, dále například oxid uhelnatý, polycyklické aromatické uhlovodíky jako je benzo[a]pyren nebo těkavé organické látky.
Nezanedbatelným zdrojem znečišťování ovzduší může být větrná eroze půdy. Jedná se o přírodní proces, během kterého mechanická síla větru vznáší a transportuje půdní částice na jiné místo, kde se opět usazují (sedimentují). Do ovzduší se takto dostávají zejména větší částice, tedy částice ve frakci PM10. Na tyto částice navíc mohou být navázané další nežádoucí látky, jako například zbytky hnojiv nebo pesticidů.
Částice obsahující mořskou sůl se do ovzduší dostávají například nárazy vln na rozhraní vody a vzduchu nebo větrem. Tyto částice mohou způsobovat korozi kovů, prokázán byl ale i jejich pozitivní vliv díky navazování jiných znečišťujících částic a tím pádem určitou formu čištění ovzduší. V pobřežních oblastech můžou částice obsahující mořskou sůl tvořit až 80 % celkového množství částic v ovzduší.
Z dalších přírodních zdrojů můžeme jmenovat například transport pouštního písku (částic) dálkovým transportem na velké vzdálenosti (např. ze Sahary). Tyto částice jsou přenášeny ve výšce několika km nad zemí, ale za určitých podmínek mohou ovlivňovat i kvalitu ovzduší v přízemní vrstvě.
Hranice mezi přírodním a antropogenním (souvisejícím s aktivitou člověka) zdrojem není vždy černobílá. Například je diskutabilní, zda je přírodním zdrojem lesní požár, kdy hořel les vysázený člověkem a člověk také požár založil.