Smog powstał z wyemitowanych do atmosfery gazów, pochodzących głównie z kominów mieszkań i fabryk oraz spalin samochodowych. Jego główną przyczyną było nagłe ochłodzenie z 4 grudnia, które spowodowało, iż ludzie masowo na wszelkie sposoby próbowali dogrzać swoje mieszkania. Zużycie węgla wzrosło kilkukrotnie a jednocześnie na pełnych obrotach pracował przemysł w tym węglowe elektrownie Battersea, Bankside i Kingston upon Thames.
W nocy doszło do do niecodziennego zjawiska pogodowego. Antycyklon, wirowy układ wiatrów w obrębie wyżu, sprawił, że chłodne powietrze pozostało tuż przy powierzchni ziemi, a nad nim zalegała warstwa ciepłego powietrza. Ten niezwykły układ warstw w atmosferze spowodował, że dym snuł się tuż przy ziemi, jednocześnie doprowadzając do powstania gęstych mgieł. Nad ranem w Londynie nie wstało słońce, a dym przez kilka kolejnych dni skutecznie blokował promienie słoneczne.
Ta anomalia spowodowała wręcz katastrofalne skutki. Zanieczyszczenie powietrza utrzymywało się do 9 grudnia, a powstały smog doprowadził do katastrofy, która spowodowała śmierć 12 tys. Londyńczyków. Ponad 100 tys. mieszkańców stolicy potwierdziło uszkodzenie dróg oddechowych. Większość ofiar wielkiego smogu zmarła na skutek niewydolności płuc oraz hipoksji.
