较小的PM2.5颗粒可以穿透人体呼吸道的防御毛发状结构，也就是鼻腔中的鼻纤毛，进入人体内部，引发人体整个范围的疾病。
心脏病、动脉硬化：PM2.5颗粒极容易造成心血管疾病，PM2.5浓度越高，灰霾天气越多，发病率就越高，也降低患者的抵抗力。据美国心脏协会估计，仅在美国，被PM2.5颗粒污染的空气就导致每年约60,000人死亡。
肺部硬化、肺癌杀手：它们中有50%会沉积在肺中造成肺部硬化，对人体健康造成极大的威胁。在南京，直径在0.1到2.5微米的细颗粒浓度，在1立方厘米就超过3000个，最大的可接近1立方厘米30000个，是空气中颗粒物的“主流”。在这些可入肺的粒子中，包含着一些对人体有害的物质，如多环芳烃等化合物，就是一种致癌物质，是造就肺癌的头号杀手。
哮喘和慢性支气管炎：粒径小于0.1微米的颗粒，称为“超细微粒”或“纳米颗粒物”。南京信息工程大学的专家们经研究发现，在南京，直径在0.01到0.1微米的超细微粒的浓度是显著增加了。这就意味着，南京空气中飘浮的大部分颗粒是可以留在肺部的，进入血液。这也是折磨哮喘和老慢支反复发作的重要原因。
而要对付这个致命杀手，却有致命症结：
杀手难辨：Pope教授谈道：“哪些类型的粒子对人体最为有害，关于这个问题人们仍在争论不休，我们暂时还不明了，最具危害性的，到底是硫酸盐，硝酸盐，还是细微粉尘颗粒。”
新的混合粒子：现有的最大症结是：PM2.5中各种颗粒混杂，而且经常还产生新的混合粒子，卫星仪器和地面监测仪器很难去辨别解析出其中的单个粒子。