南極臭氧層空洞只在南極的春季（9-11月）出現，持續一個月左右。目前，主要解釋是從光學角度進行的。這種觀點認為，使臭氧層破壞的罪魁禍首主要是氟氯烴（CFCs）。在人類聚居的北半球，由於大量生產和使用CFCs，並使之進入大氣層中，大氣環流攜帶著北半球散發的CFCs，隨赤道附近的熱空氣上升，分流向兩極。在南極黑暗酷冷的冬季（6-9月），下沉的空氣在南極洲受到山地的阻擋，停止環流，就地旋轉，形成“極地風暴旋渦”。這股旋渦不斷上升，上升到20千米高空的臭氧層內以後，把南極與中低緯地帶空氣對流隔絕開來，使南極變得極冷，並開始出現滯留在空中的冷氣團“冰雲”。“冰雲”中的冰晶微粒把氣流中的CFCs吸收在其表面，並不斷積聚其中。當南極的春季來臨時，Sunny照向“冰雲”，冰晶融化，釋放出吸附的CFCs。由於CFCs是一種含氯的有機化合物，當它受到短波紫外線的照射，分解出一種自由基，這種自由基與臭氧發生反應生成另一種自由基，反應過程中消耗掉一部分臭氧。一個氯原子可破壞10萬個臭氧分子。因此，南極的臭氧洞出現在春季。另一種解釋是從動力角度進行的。這種觀點認為，在南極極夜期間，因中低緯向南極的熱量輸送效率很低，控制南極上空的極地“旋渦”內部，形成了異常低溫環境，光照少，氧分子合成臭氧的光化學作用就會減弱。當極夜結束，春季來臨（9月始），太陽重新越出地平線時，由於集中於平流層中下層的臭氧對太陽輻射的吸收，這一範圍的大氣被加熱，於是該層出現了上升運動。這一上升運動引起的抽吸作用，將對流層臭氧含量低的氣體帶入了平流層，替代了原來平流層臭氧含量高的氣體。這種“抽吸作用”直到11月份才逐漸減弱，此時南極上空臭氧濃度逐漸上升。可見，由於南極春季的這種“抽吸作用”，導致了南極春季臭氧空洞的形成

南極上空出現臭氧層空洞的主要原因是：太陽風射來的粒子流在地磁場的作用下向地磁兩極集中，並破壞了那裡的臭氧分子。使用氟利昂作製冷劑及在其他方面使用也是原因之一。

宇宙高能粒子簇射破壞了臭氧層。美國地球與宇宙研究局局長登·貝克認為，透過人造地球衛星發現，地球每隔27天就有兩天半要受到宇宙高能粒子簇射，射向地球的帶電粒子，其能量為200～1500萬電子伏特。

這些帶電粒子在地球磁場作用下沿著磁力線向南北兩極射去，當南半球冬季到來時，南極大陸處於黑夜，大氣中間層的氮、氫化合物在帶電粒子的影響下濃度開始升高。

當南極大陸出現太陽的早春季節到來時，氮、氫化合物由於氣溫升高開始發生化學反應，這一過程使臭氧層迅速遭到破壞，因而在南極上空臭氧層出現空洞。由於大氣層總環流的穩定性和地球磁場的不同結構，北極磁場比南極磁場較強和均勻，因此這種化學過程只對南極大陸產生影響。

臭氧層是大氣平流層中臭氧濃度最大處，是地球的一個保護層，太陽紫外線輻射大部被其吸收。有學者認為南極臭氧層空洞是一種自然現象。關於臭氧層空洞的成因，尚有待進一步研究。