空气自净作用（Air self-purification）又称大气自净，大气中的污染物由于自然过程，而从大气中除去或浓度降低的过程或现象。

大气完成自净，其最基础的过程就是稀释，这个过程最主要的动力就是空气的对流，也就是风，对流越强扩散越快，这一过程与地形密切相关，例如城市地貌一般就不利于污染物的扩散。另一方面是大气中的沉降作用，大气中（粒径大于100微米）的尘粒可以碰撞或者沉降在地面、屋面或被植被截留吸附，这些作用主要与污染物自身性质相关，小粒径颗粒物较难通过这一过程除去。由于大气中微生物含量无法与水体和土壤相比，因此生物作用较弱，最主要的化学反应来源于光化学反应。而靠大气的稀释、扩散、氧化等物理化学作用，能使进入大气的污染物质逐渐消失，就是大气的自净能力。例如，排入大气的一氧化碳，经稀释扩散，浓度降低，再经氧化变为二氧化碳，被绿色植物吸收后，空气成分恢复原来的状态。充分掌握和利用大气自净能力，可以降低污染浓度，减少污染的危害。

大气自净能力与当地气象条件、污染物排放总量及城市布局等诸因素有关。在某一区域内，绿化植树，多种风景林，增加绿地面积，不仅能美化环境、调节气候，而且能截留粉尘、吸收有害气体，从而大大提高大气自净能力，保证环境质量。