Η όξινη βροχή είναι ένας τύπος βροχής που είναι πιο όξινος από το συνηθισμένο. Αν και το επιπλέον οξύ μπορεί να προέρχεται από ηφαιστειακά αέρια και σάπια βλάστηση, οι ανθρωπογενείς πηγές μπορούν να προσθέσουν οξύ στη βροχή όταν καίγονται ορυκτά καύσιμα και να απελευθερώσουν ορισμένα αέρια στον αέρα. Η όξινη βροχή και το θειικό οξύ είναι στενά αλληλένδετα, καθώς το θειικό οξύ αποτελεί την πλειοψηφία του όξινου συστατικού του βρόχινου νερού.
Το θειικό οξύ είναι ένα μόριο που έχει δύο άτομα υδρογόνου, ένα άτομο θείου και τέσσερα άτομα οξυγόνου. Αυτό δίνει στο οξύ τον χημικό τύπο του H2SO4. Αυτή η ουσία υπάρχει στην όξινη βροχή, αν και όχι ακριβώς σε αυτή τη μορφή. Ισχυρά οξέα όπως το θειικό οξύ τείνουν να αναμιγνύονται εύκολα με τα μόρια του νερού και διασπώνται σε δύο μέρη όταν βρίσκονται στο νερό.
Αυτά τα τμήματα είναι ένα άτομο υδρογόνου και το υπόλοιπο μόριο, που τώρα είναι HSO4. Το άτομο υδρογόνου είναι θετικά φορτισμένο όταν πέφτει από το αρχικό μόριο οξέος, επομένως είναι θετικό ιόν. Καθώς οι περισσότερες χημικές ουσίες είναι ισορροπημένες ως προς το φορτίο, το άλλο τμήμα του μορίου του θειικού οξέος είναι αρνητικά φορτισμένο. Το pH, το οποίο είναι ένα μέτρο της οξύτητας, αποδίδει τιμές οξέος σε ουσίες με βάση το πόσα ιόντα υδρογόνου περιέχει. Επομένως, η όξινη βροχή και το θειικό οξύ γίνονται πιο όξινα όσο περισσότερα ιόντα υδρογόνου υπάρχουν.
Πριν ακόμη εισέλθει η ένωση θείου στη βροχή, πρέπει να εισέλθει στην ατμόσφαιρα. Αυτό συμβαίνει επειδή αέρια που περιέχουν θείο μπορούν να επιπλέουν στον αέρα. Οι φυσικές πηγές αυτών των αερίων, που είναι το υδρόθειο και το διοξείδιο του θείου, είναι εκπομπές από ηφαίστεια ή αέριο που παράγεται από σήψη φυτικής ύλης, αντίστοιχα.
Το υδρόθειο έχει τον χημικό τύπο H2S, που σημαίνει ότι έχει δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο θείου. Το συγκεκριμένο αέριο θείου αντιδρά με το οξυγόνο που υπάρχει ήδη στον αέρα, και μετατρέπεται σε διοξείδιο του θείου. Το διοξείδιο του θείου, από αντιδράσεις H2S ή από ηφαιστειακές εκπομπές, είναι ένα λιγότερο πολύπλοκο μόριο από ό,τι όταν γίνεται οξύ, καθώς περιέχει μόνο δύο άτομα οξυγόνου και ένα άτομο θείου.
Χημικά, το διοξείδιο του θείου αντιπροσωπεύεται από SO2. Το μεγαλύτερο μέρος αυτού του αερίου στην ατμόσφαιρα της γης προέρχεται από ανθρώπινη δραστηριότητα. Αυτό προέρχεται κυρίως από τη θερμική διάσπαση των ορυκτών καυσίμων. Τα ορυκτά καύσιμα είναι μια μορφή αποσυντιθέμενης φυτικής ύλης, η οποία έχει μετατραπεί σε άνθρακα, πετρέλαιο ή αέριο για εκατομμύρια χρόνια. Οι σταθμοί ηλεκτρικής ενέργειας αξιοποιούν τα μέγιστα, αλλά η βιομηχανία, η θέρμανση των σπιτιών και οι εκπομπές των αυτοκινήτων μπορούν επίσης να συμβάλουν.
Αυτό το αέριο επιπλέει στον αέρα και αναμιγνύεται με τις σταγόνες νερού στα σύννεφα της βροχής. Το SO2 μετατρέπεται σε SO3, από την αλληλεπίδραση με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο, πριν αναμειχθεί με το νερό στο σύννεφο. Το νερό, το οποίο περιέχει δύο άτομα υδρογόνου και ένα οξυγόνο, αντιδρά με το SO3 για να σχηματίσει H2SO4, το οποίο είναι θειικό οξύ.
Όταν η όξινη βροχή και το θειικό οξύ πέφτουν στη γη, το χαμηλό pH μπορεί να βλάψει τους οργανισμούς και τα άψυχα αντικείμενα. Τα υδάτινα ρεύματα που δέχονται υπερβολική όξινη βροχή και θειικό οξύ μπορεί να γίνουν ανθυγιεινά μέρη για να ζήσουν τα ψάρια και τα φυτά. Τα δομικά υλικά όπως το μάρμαρο μπορεί να διαβρωθούν αργά από το οξύ. Γενικά, ακόμη και η κανονική βροχόπτωση μπορεί να έχει όξινο pH, το οποίο είναι περίπου 5.6. Η βροχή που έχει pH μικρότερο από αυτό, όπως 3.0, θεωρείται όξινη βροχή και μπορεί να είναι σημάδι τοπικής ρύπανσης.