Существует три основных типа таких веществ: картерные газы, выхлопные газы и пары топлива. Загрязняющие вещества указанных типов подразделяются на 3 категории: несожженные углеводороды (НС), моноокись углерода (СО) и некоторые окислы азота (NOx). Оборудование автомобиля, предназначенное для ограничения выброса этих веществ, называется оборудованием управления эмиссией двигателя и регламентируется законами региона, в котором эксплуатируется автомобиль. В связи с разницей в законодательствах разных стран, для каждой страны разрабатывается своя аппаратура управления эмиссией.
Выхлопные газы, выбрасываемые в атмосферу в результате работы двигателей внутреннего сгорания, являются смесью сожженного и несожженного топлива. В процессе приготовления воздушно топливной смеси топливо, практически на 100% состоящее из углеводородов (НС), смешивается с воздухом, который состоит из азота (78%), кислорода (21%) и других газов (1%). В процессе сгорания этой смеси выделяется тепло, рассеиваемое через систему охлаждения, и выхлопные газы, состав которых следующий: азот, не участвующий в процессе сгорания, двуокись углерода CO₂ и водяной пар. Кислород воздуха вступает в реакцию с углеводородами топлива, в результате чего образуется двуокись углерода и пар.
Однако, это не единственный процесс, который имеет место при сжигании топлива. Поскольку условия сжигания в двигателе далеки от идеальных, дополнительно образуются и другие продукты, которые не только являются вредными для здоровья и окружающей среды, но и снижают эффективность работы двигателя: моноокись углерода (СО), углеводороды (НС), окислы азота (NOx), окислы серы (SOx), твердые частицы (сажа), а также свинец (Pb), который всегда присутствует в выхлопных газах при использовании этилированного бензина.
Углеводороды выбрасываются в атмосферу не только благодаря неполному сгоранию топлива, но также и в результате испарения топлива из топливного бака и поплавковой камеры карбюратора. Главными причинами неполного сгорания топлива являются обогащенная смесь, низкая температура двигателя и неправильное искрообразование.
Для уменьшения выброса углеводородов камеры сгорания делаются таким образом, чтобы свести до минимума мертвое пространство и площадь поверхности. Воздушно-топливная смесь делается обедненной благодаря улучшению конструкций карбюраторов и схем впрыска топлива, а с целью дожигания несгоревших продуктов уже за пределами двигателя применяются методы внешнего управления.
Двумя такими методами являются добавление системы впрыска свежего воздуха в выпускной коллектор и установка каталитического преобразователя (катализатора).
С целью управления эмиссией углеводородов в результате испарения топлива модернизации подверглись поплавковые камеры карбюраторов и топливные баки. Система управления позволяет хранить пары топлива на время выключения двигателя, а также во время некоторых операций при работающем двигателе, а впоследствии подмешивать эти пары в воздушно-топливную смесь.
Моноокись углерода (СО) образуется из-за того, что в процессе преобразования в результате сгорания углерода (С) в двуокись углерода (CO₂) имеется нехватка кислорода. Увеличение эмиссии моноокиси углерода обычно сопровождается увеличением эмиссии углеводородов (НС), так как недостаток кислорода влияет на процесс сгорания всей топливной смеси.
Инертный газ азот в результате нагревания в процессе сгорания до температуры примерно 1400°C становится активным и вызывает увеличение эмиссии окислов азота, на 97% состоящих из окиси азота NO. Впоследствии, уже в атмосфере, оксид азота взаимодействует с кислородом с образованием диоксида азота NO₂, который, в свою очередь, смешивается с химически активными углеводородами. Эта смесь под воздействием солнечного света приводит к образованию фотохимического смога.
Также основным смогообразующим фактором является озон, который образуется из кислорода в результате расщепления диоксида азота на солнце. Озон вызывает раздражение глаз и тканей легких, приводит к быстрому ухудшению свойств резиновых материалов. Вторичная цепь системы зажигания (особенно при использовании низкосортных проводов свеч зажигания) представляет собой обычную зону формирования электрического коронного разряда, который также сопровождается образованием озона. Комбинация коронного разряда и озона является главной причиной потери свойств проводами зажигания.
Диоксид серы, присутствующий в топливе в незначительном (0.1%) количестве и входящий в состав выхлопных газов, при использовании катализатора превращается в триоксид серы.
Даже если двигатель находится в хорошем состоянии, все равно в составе выхлопных газов присутствует сажа. Визуальным осмотром выхлопа из хвостовой трубы можно определить состояние двигателя. Так, светло-серый дым обычно указывает на увеличенный расход масла из-за его сгорания в результате внутреннего износа двигателя: Черный дым укажет на наличие дефектов в системе ' подачи топлива (двигатель работает на богатой смеси). Поддержание в хорошем состоянии систем охлаждения и смазки двигателя позволяет снизить до минимума содержание сажи в выхлопных газах.