Als verzurende stoffen in regendruppels oplossen en de vervuilde regendruppels op de grond vallen spreken we van zure regen.
Een regenwolk ontstaat als kleine wolkendruppels samenkomen en onder invloed van turbulentie (menging) uitgroeien tot grote regendruppels. Onder invloed van de zwaartekracht vallen de regendruppels uit de regenwolk. In een regenwolk is de turbulentie vaak zo sterk dat de menging van de vochtige lucht heel gemakkelijk gaat.
De pH-waarde - de maat voor de zuurgraad van water - van schoon regenwater is van nature zwak zurig
Als waterdamp condenseert vormen zich eerst wolkendruppels die vervolgens uitgroeien tot regendruppels. Ondertussen stelt zich een chemisch evenwicht in tussen de vervuilende gassen en deeltjes (aerosolen) in de lucht en de opgeloste stoffen. Zo komt de hoeveelheid koolstofdioxide (CO2) in evenwicht met opgelost carbonaat in de waterfase. De pH-waarde - dat is de scheikundige maat voor de zuurgraad van water - van schoon regenwater is hierdoor van nature zwak zurig. De pH-waarde ligt tussen de 5 en 6. Regenwater met een pH-waarde van 7 zou neutraal zijn. Neutraal is hierbij niet zuur en ook niet basisch (dat is bij een pH-waarde die groter is dan 7).
De zuurgraad van de regen in Nederland wordt op dit moment vooral nog bepaald door stikstofoxiden en ammoniak
De chemische verbindingen die het meest bijdragen aan de zuurgraad van regenwater zijn zwaveldioxide (SO2) en stikstofoxiden (NOx). Via de vorming van opgelost sulfaat en opgelost nitraat maken ze het regenwater zuur. Daarentegen vermindert de uitstoot van ammoniak (NH3) de zuurgraad van het regenwater. Via de vorming van opgelost ammonium (NH4) maakt de uitstoot van ammoniak de regen minder zuur. Zodra het regenwater met ammonium in de bodem komt treedt er daar alsnog een verzurend effect op. Het verschil tussen de neutraliserende werking van ammoniak in regendruppels en de verzurende werking in de bodem leidt regelmatig tot enige verwarring. De zuurgraad van de regen in Nederland wordt op dit moment vooral nog bepaald door stikstofoxiden en ammoniak en staat daarom in nauwe relatie met de stikstofproblematiek in Nederland.
In de jaren zeventig - toen de naam zure regen opkwam en breed bekend werd - nam de verzuring door zwavelverbindingen extreme vormen aannam. Vooral de uitstoot van SO2 door de zware industrie in Europa tastte onder andere de meren in Scandinavië en de naaldbossen in Centraal Europa aan. Door milieumaatregelen is de hoeveelheid sulfaat in de regen in Nederland en ook op de meeste plaatsen op andere plekken in de wereld succesvol aangepakt.
De uitstoot van zwaveldioxide in Nederland is sinds de jaren 90 met meer dan 90% gedaald
Het Planbureau voor de Leefomgeving heeft in 2010 onderzocht hoe dertig jaar verzuringsbeleid in Nederland heeft bijgedragen aan het verminderen van de zuurgraad van de regen in Nederland. De uitstoot van zwaveldioxide is effectief aangepakt, onder andere omdat de Europese Unie kolencentrales verplichtte rookgassen te ontdoen van zwavel. Ook het overschakelen van kolen op gas heeft bijgedragen aan de sterke daling van de uitstoot van zwaveldioxide. De uitstoot van zwaveldioxide in Nederland is sinds de jaren negentig met meer dan 90% gedaald. Hierdoor is de zuurgraad van de regen in Nederland sterk verminderd.
De uitstoot van stikstofoxiden en ammoniak is in dezelfde periode gehalveerd. De huidige combinatie van deze stoffen versterkt elkaar in de verzuring in de bodem maar compenseert elkaar in de zuurgraad van het regenwater. Daarom is er in de afgelopen jaren wellicht minder aandacht gekomen voor zure regen en juist meer voor de verzuring en de gevolgen van een teveel aan chemisch reactieve stikstofcomponenten in bodem, water en lucht.