Otsoni (O3, kolmiatominen happi) ei kuulu ilmakehän pysyviin kaasuihin, vaan se muodostuu ilmakehässä - sekä troposfäärissä (ilmakehän alin 10-17 km), että stratosfäärissä (seuraavat 30-40 km). Otsonia muodostava reaktio on molemmissa tapauksissa sama (O2 + O -> O3), mutta reaktiolle välttämättömiä happiatomeja tuottavat mekanismit ovat erilaiset ilmakehän eri kerroksissa.
Stratosfäärissä happiatomi syntyy kaksiatomisten happimolekyylien hajotessa auringon ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta. Troposfäärissä happiatomeja muodostuu etenkin typen oksidien ja hiilivetyjen valokemiallisissa reaktioketjuissa. Eniten otsonia syntyy stratosfäärissä, ja suurin osa (noin 90%) ilmakehän otsonista sijaitseekin stratosfäärin otsonikerroksessa ja vain noin 10% on troposfäärissä, missä sitä pidetään myös ilmansaasteena alueilla, joilla pitoisuudet ovat "liian" korkeita. Otsoni on kuitenkin myös troposfäärissä välttämätön kaasu, koska ilman otsonia ei ilmakehään syntyisi sen kemialliselle itsepuhdistuskyvylle välttämättömiä muita hapettimia (esim. OH-radikaali).