Der deutliche Rückgang bei den Emissionen, also dem, was Kraftwerke, Heizungen oder Autos ausstoßen, führte nicht zu einer vergleichbaren Verringerung der Stickstoffdioxid-Konzentration, also dem, was bei Mensch und Umwelt ankommt. Noch im Jahr 2016 wurde der EU-Grenzwert von maximal 40 Mikrogramm Stickstoffoxid pro Kubikmeter (µg/mᶟ) im Jahresmittel an 57 Prozent der verkehrsnahen Messstationen überschritten.
Stickstoffoxide (NOx) ist eine Sammelbezeichnung für verschiedene gasförmige Verbindungen, vereinfacht werden nur die beiden wichtigsten Verbindungen Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) dazu gezählt. Stickstoffdioxid wirkt reizend auf Schleimhäute in den Atemwegen und die Lunge. Akut treten Hustenreiz, Atembeschwerden und Augenreizungen auf, besonders bei empfindlichen oder vorgeschädigten Personen.
Besonders gefährdet sind Menschen, die in der Stadt leben. Denn gerade Ballungsgebiete sind im Vergleich zum Umland stärker mit Luftschadstoffen belastet. Der Straßenverkehr ist im urbanen Raum die Hauptquelle für Stickstoffoxide: Die höchsten Konzentrationen werden ausschließlich an viel befahrenen Straßen gemessen. Die Stickstoffdioxid-Jahresmittelwerte an verkehrsnahen Messstationen betragen zwischen 30 und 60 µg/mᶟ, vereinzelt sogar um 90 µg/mᶟ. Diesel-Fahrzeuge sind das größte Problem und machen in der Stadt über 60 Prozent der Stickstoffoxidemissionen des Verkehrs aus. Der Grund: Selbst modernste Diesel-PKW der Schadstoffklasse Euro 6 stoßen ein Vielfaches (über Faktor 10) an Stickstoffdioxiden aus, als ein vergleichbarer Benziner.
Mit zunehmender Entfernung von verkehrsreichen Straßen nimmt die Stickstoffdioxidkonzentration in der Luft ab. In städtischen oder vorstädtischen Gebieten liegen die Jahresmittelwerte für Stickstoffdioxid im Bereich von etwa 20 bis 30 µg/mᶟ. Mit Jahresmittelwerten um 10 µg/mᶟ wird die niedrigste Stickstoffdioxid-Belastung in ländlichen Gebieten gemessen. Im Mittel ist an den Messstationen seit 1995 ein leichter Belastungsrückgang erkennbar: So sank die mittlere Stickstoffdioxid-Konzentration an den verkehrsnahen Messstationen von 48 µg/mᶟ auf 39 µg/mᶟ, auch an Messstationen im städtischen/vorstädtischen Raum (1995: 31 µg/mᶟ; 2015: 21 µg/mᶟ) und im ländlichen Raum (1995: 14 µg/mᶟ; 2015: 10 µg/mᶟ) nahmen die mittleren Stickstoffdioxid-Konzentrationen leicht ab.
