在对流层的氟里昂分子很稳定，几乎不发生化学反应。但是，当它们上升到平流层后，会在强烈紫外线的作用下被分解，含氯的氟里昂分子会离解出氯原子，然后同臭氧发生连锁反应（氯原子与臭氧分子反应，生成氧气分子和一氧化氯基；一氧化氯基不稳定，很快又变回氯原子，氯原子又与臭氧反应生成氧气和一氧化氯基……），不断破坏臭氧分子。
Cl+O3→O2+ClO ClO+O→O2+Cl
如此周而复始，结果一个氯氟里昂分子就能破坏多达10万个臭氧分子。总的结果，可以用化学方程式表示为：
2O3—→3O2 （虽然反应中氟里昂分子所起的作用类似于催化剂，但由于其参加了反应过程，因而严格意义上不属于催化剂）。
反应机理：
氯氟烃分解（以CF2Cl2为例）
CF2Cl2 → CF2Cl• + •Cl
自由基链反应
Cl• + O3 —→ ClO• + O2
ClO• + O —→ Cl• + O2
总反应：O3 + O = 2O2
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