Robert Angus Smith bemærkede i 1800-tallet, at i modsætning til kystområderne i England havde regn, der faldt over industriområderne, et højt surhedsniveau. I 1950'erne opdagede norske biologer alarmerende nedgang i fiskebestande i søen i det sydlige Norge og spores problemet til meget sur regn. Lignende resultater fandt sted i Canada i 1960'erne.

pH-skala

pH-skalaen varierer fra 0, hvilket er meget surt til 14,0, hvilket er grundlæggende og slet ikke har nogen surhed. Det meste overfladevand har en pH på 7,0 og er neutral. Normal regn har en pH-værdi mellem 5,0 og 5,5 og er mildt sur. Når regn kombinerer med nitrogenoxider eller svovldioxid, bliver normal regn meget sur og kan have en pH-værdi på omkring 4,0. I pH-værdier betyder et skifte fra 5,0 til 4,0 surhedsgrad ti gange.

Oxidation

Svovldioxid og nitrogenoxider træder ind i atmosfæren gennem emissioner fra forbrænding af svovlholdige brændstoffer, såsom som olie og kul og ved smeltning af svovlholdige malme, såsom kobber, bly og zink. Forskere ved nu, at høje koncentrationer af salpetersyre og svovlsyre i regn skyldes atmosfærisk oxidation af nitrogenoxider og svovldioxid, og at disse syrer går ind i vandcyklussen, da de oxideres i skydråber og i regndråberne selv.

Svovldioxid

Svovldioxid er giftigt på høje niveauer og tilhører en gruppe af stærkt reaktive gasser, der er kendt som "svovloxider." Ved ekstremt høje temperaturer, som f.eks. kul, olie og gas brændt, svovldioxid oxiderer - reagerer med ilt - i atmosfæren der producerer svovlsyre. I processen kaldes syreaflejring, falder svovlsyre fra skyerne i dråber af regn.

Nitrogenoxider

Nitrogenoxider er også stærkt reaktive gasser og dannes, når ilt og nitrogen reagerer ved høje temperaturer. Emissioner indeholdende nitrogenoxider stammer fra brænding af biomasse i tropiske områder og forbrænding af kul, olie og gas i de nordlige midterbredder. Når nitrogenoxider oxiderer i atmosfæren, producerer de salpetersyre. I lighed med svovlsyre bidrager salpetersyre til syreaflejring og er en vigtig bestanddel af sur regn.

Persistens i vand

Jordens vandcyklus er et lukket system, og alt vandet på Jorden eksisterer i et eller andet trin af cyklen. Vand opbevares i havet og fordampes og danner skyer af vanddamp. Som dampen kondenserer, falder den tilbage til jorden som nedbør. Acid regn neutraliseres kun, når den falder på alkaliske jordarter, såsom kalksten og calciumcarbonat. Når en gang er kombineret med vand, fordampes syrer ikke, og medmindre molekylerne binder med noget grundlæggende, eller vand strømmer væk til en større krop, forbliver vandkroppens pH lav, og syren forbliver fanget på plads. Forsyret vand påvirker havet negativt, hvor den lavere pH skader de skabninger, der gør koralrev.