A poluição do ar continua a ser um grande desafio ambiental, afetando a qualidade do ar e a saúde humana em escala global. Este estudo integra os resultados de várias análises realizadas em diferentes regiões do Rio de Janeiro, com foco no material particulado fino (PM2,5) e sua composição química. Foram analisados carbono negro (BC), elementos traços, íons solúveis, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) e hidrocarbonetos alifáticos, sacarídeos, nitro e oxi-HPA e mercúrio. Além disso, foram estudadas as emissões de NOx de veículos pesados e aplicada a modelagem atmosférica às reações fotoquímicas na região metropolitana do Rio de Janeiro. As coletas foram realizadas de fevereiro de 2022 a junho de 2023 usando filtros de fibra de vidro e de quartzo em três locais com diferentes níveis de urbanização: Gávea (área urbana), Parque Nacional da Serra dos Órgãos (PARNASO, área de proteção ambiental) e Campos dos Goytacazes (urbano com queima de biomassa).Foram observadas variações espaciais e sazonais significativas nas concentrações de PM2,5, com os níveis mais altos registrados no PARNASO e os mais baixos em Campos. Os níveis de BC também foram altos no PARNASO, provavelmente devido à queima de combustíveis fósseis e biomassa, enquanto em Campos a queima de biomassa teve um papel predominante. A análise de íons solúveis identificou Cl-, Na+, SO42- e NO3- como os principais constituintes, sendo o sulfato principalmente de origem antropogênica. As concentrações de Hg apresentaram variação sazonal, sendo mais elevadas na estação seca e em áreas influenciadas pela queima de cana-de-açúcar. A distribuição do HPA e seus derivados, e n-alcanos indicaram forte contribuição da combustão de gasolina e diesel, enquanto os sacarídeos serviram como traçadores da queima de biomassa. O estudo também analisou as emissões de NOx de veículos pesados, destacando uma grande variabilidade nos fatores de emissão entre os diferentes veículos avaliados. As emissões foram influenciadas por características como peso do veículo, potência do motor, idade e condições de manutenção, refletindo o impacto das especificidades da frota na qualidade do ar urbano. Além disso, a relação entre a velocidade média e os fatores de emissão indicou que certas faixas de operação dos veículos podem contribuir para um aumento na liberação de NOx, o que pode ter implicações na formação de ozônio (O3) na região metropolitana do Rio de Janeiro A modelagem atmosférica foi utilizada para avaliar a distribuição espacial e temporal dos poluentes, revelando discrepâncias entre as concentrações simuladas e observadas de O3 e NO2. Esses desvios sugerem a necessidade de refinamento dos perfis de emissão e uma melhor representação dos compostos orgânicos voláteis (VOCs) nos modelos, especialmente em áreas industriais e de tráfego intenso. Os resultados reforçam a necessidade de políticas públicas voltadas à melhoria da qualidade do ar, monitoramento contínuo e estratégias eficazes de controle de emissões para mitigar a poluição atmosférica em áreas urbanas e preservadas. A integração de dados observacionais com técnicas avançadas de modelagem atmosférica é essencial para aprimorar as avaliações da qualidade do ar e implementar medidas eficazes de mitigação.