На экологическую ситуацию Москвы влияет преобладание западных и северо-западных ветров в городе. Качество городских водных ресурсов лучше на северо-западе города, выше по течению Москвы-реки. Важным фактором улучшения экосистемы города является сохранение и развитие скверов, парков и деревьев внутри дворов, пострадавших в последние годы от точечной застройки.

Экологический мониторинг в Москве осуществляют 39 автоматических стационарных станций, контролирующих содержание в воздухе 22 загрязняющих веществ и его общий уровень загрязнения.

Высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха отмечается вблизи крупных автомагистралей и промышленных зон; особенно в центре, в восточной и юго-восточной частях города. Наивысший уровень загрязнения воздуха в Москве наблюдается в районах Капотня, Косино-Ухтомский и Марьино — из-за расположенного в черте города Московского нефтеперерабатывающего завода, Люберецкой и Курьяновской станций аэрации.

Среди источников загрязнения Москвы на первом месте стоят выхлопные газы автотранспорта. Воздух загрязняют также теплоэлектростанции, фабрики и заводы, испарения раскалённого асфальта.

По версии консалтинговой компании Mercer, Москва признаётся одной из самых загрязнённых столиц Европы (так, в рейтинге за 2007 год Москва заняла 14-е место по уровню загрязнённости среди столиц мира).