Le SO₂ est émis principalement par la combustion de charbon et de pétrole à haute teneur en soufre. Dans l'atmosphère, il s'oxyde en acide sulfurique, contribuant à la pluie acide et formant des aérosols de sulfate réduisant la visibilité et affectant la santé respiratoire.
Les éruptions volcaniques sont la source naturelle la plus importante : une grande éruption peut injecter des millions de tonnes de SO₂ dans la stratosphère, refroidissant le climat de 0,5-1 °C pendant 1-2 ans (exemple : Pinatubo, 1991). Les politiques de désulfuration ont drastiquement réduit le SO₂ en Europe depuis les années 1980.