在對流層大氣中，大氣污染物多從近地面垂直向上或水平擴散，作為大氣化學反應重要驅動力的太陽輻射則自上而下傳輸。因此，大氣環境化學研究不能只關注近地面污染，還要關注一定高度范圍（特別是邊界層）內的大氣層結構和成分變化，否則很難全面揭示對流層實際的大氣化學反應過程。

此前已有多種大氣環境垂直監測方法得到應用，如大氣邊界層塔、有人飛機、氣球及氣艇等。但邊界層塔位置固定，高度通常在300米以下，且多建于城市地區；有人飛機只能在數百米及以上的高度飛行；氣球或氣艇抗風能力和移動性差，需要填充大量氦氣，單次運行成本高。這些方法已經無法滿足新時期大氣污染研究的需求。

無人機的機動性和靈活性可以有效彌補上述缺陷，讓原來不容易接近的地方變得容易到達，將大氣監測傳感器與無人機相結合，通過網絡建立傳感系統監測，具有立體監測、響應速度快、監測范圍廣、地形干擾小等優點，是今后進行大氣突發事件污染源識別和濃度監測的重要發展方向之一。

無人機大氣監測系統標準監測參數包括：一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、可揮發性有機物以及顆粒物PM2.5、PM10等；無人機在飛抵目標地點后進行數據收集，將收集到的數據通過GPRS傳送到地面數據處理系統進行處理分析。

無人機大氣監測系統主要包括無人飛行器、氣體檢測傳感器、 數傳/GPRS、地面站/服務器、 數據處理軟件等構成。

監測模塊的傳感器元器件檢測方法主要有電化學檢測（測量SO2、CO、NO2、O3等常規氣體）、光電粒子檢測（測量VOCs等）、激光散射檢測（測量PM2.5、PM10等）。