燃料本身就是有機碳氫化合物，所以如果不能與空氣中的氧氣發生燃燒化學反應變成對人體和環境基本無害的水和二氧化碳（但二氧化碳正在被認為是對全球大氣環境有危害的溫室氣體），就有可能成為有害物質而排放出，例如當燃料和空氣的比例過小（混合氣過稀）而導致發動機失火時就是如此，這是碳氫化合物（HC）排放的主要機理之一；

燃料如果太多會導致混合氣過濃而不能完全燃燒，其中含碳較多的成分要么變成含碳較少的碳氫化合物或醛類物質（氣體），要么變成含碳較多結構更為復雜的顆粒物（PM），或者變成固體的碳煙顆粒物（也是PM），或者變成燃燒中間產物一氧化碳（CO），所以氧氣不足造成的不完全燃燒產物是碳氫化合物（HC）排放的又一個機理，也是碳煙及顆粒物（PM）排放和一氧化碳（CO）排放的唯一機理。

碳煙的生成需要氧氣嚴重不足，所以主要在非均質燃燒的柴油機中生成，汽油機因為燃料與空氣均質混合后才燃燒，并且混合氣一般不會太濃，所以一般沒有碳煙，顆粒物（PM）排放也很少（但如果有機油進入混合氣中，如活塞環壞了導致串機油或燃燒混合油的二沖程汽油機，則也會產生碳煙和顆粒物；另外，如果汽油機供油系統故障導致供油失控，則也會產生碳煙）。

氮氧化物（NOx）是由空氣中的氧氣和氮氣反應生成的，包括NO、NO2等，其中又以NO為主，但是空氣中的氧氣和氮氣在大氣狀態下并不會發生化學反應，只是因為燃燒形成的1200~2400℃的高溫環境為氧氣和氮氣反應生成NO、NO2創造了條件，才造成了氮氧化物（NOx）排放，