환경 화학은 지구상에서 일어나는 모든 화학 반응과 물질의 순환을 다루는 학문으로, 우리가 살아가는 환경을 과학적으로 이해하는 핵심 열쇠다. 1962년 레이첼 카슨의 침묵의 봄 출간과 1952년 런던 대스모그 사건을 계기로 본격적인 학문 분야로 자리잡은 환경 화학은, 산업혁명 이후 급격히 변화하는 지구 환경 문제에 대한 화학적 해답을 제시한다. 이 책은 중학생도 이해할 수 있도록 복잡한 환경 화학의 개념들을 일상생활의 구체적 사례와 함께 설명하며, 대기권부터 지권까지 지구의 4대 구성 요소에서 일어나는 화학적 현상들을 체계적으로 다룬다.

대기 중에서는 질소와 산소의 화학적 성질부터 시작해 1차 오염물질과 2차 오염물질의 생성 과정, 로스앤젤레스형 광화학 스모그의 형성 메커니즘, 그리고 폴 크뤽젠이 노벨 화학상을 받은 오존층 파괴 반응까지 상세히 설명한다. 물에서는 수소 결합이 만드는 물의 독특한 성질과 자연 순환 과정, pH와 용존 산소 같은 수질 지표의 화학적 의미, 그리고 1956년 미나마타병 사건으로 드러난 수은의 생물학적 변환 과정을 다룬다. 토양에서는 점토 광물의 층상 구조와 이온 교환 능력, 토양 pH가 식물 성장에 미치는 영향, 그리고 다양한 생물학적 및 화학적 토양 정화 기술의 원리를 설명한다.

환경 오염물질의 독성과 거동에 대해서는 파라셀수스의 용량이 독을 만든다는 독성학의 기본 원리부터 시작해, DDT의 환경 지속성 문제와 생물 농축 현상, 비스페놀 A와 프탈레이트 같은 내분비 교란 물질의 화학 구조와 호르몬 유사성을 상세히 다룬다. 또한 간의 시토크롬 P450 효소가 담당하는 해독 작용과 위해성 평가의 4단계 과정, 그리고 크로마토그래피와 질량 분석법을 이용한 환경 분석 화학의 원리도 중학생 수준에서 이해할 수 있도록 설명한다. 납의 가솔린 첨가제 사용 중단 과정과 1960년대 이리 호수 부영양화 사건 같은 역사적 사례들은 환경 화학이 실제 환경 문제 해결에 어떻게 기여했는지 보여준다.

환경 정화 기술에서는 활성탄의 표면 화학을 이용한 흡착 기술, 수산화 라디칼의 강력한 산화력을 활용한 고급 산화 공정, 그리고 미생물의 화학적 대사 과정을 이용한 생물학적 처리 방법들의 원리를 설명한다. 녹색 화학의 12가지 원칙과 원자 경제성 개념을 통해 환경 친화적인 화학 반응 설계 방법을 다루며, 바이오매스 화학의 발전과 재생 가능한 원료 사용의 중요성도 강조한다. 마지막으로 의약품이나 나노 물질 같은 신종 오염물질의 등장, 기후 변화와 환경 화학 반응의 상호작용, 그리고 환경 빅데이터와 인공지능을 활용한 예측 모델 개발 등 미래 환경 화학이 직면할 새로운 과제들을 제시하며, 순환 경제 시대에 필요한 화학 물질의 재활용 및 재사용 기술의 발전 방향을 전망한다.