1930年12月1－15日，整個比利時大霧籠罩，氣候反常。由於特殊的地理位置，馬斯河谷上空出現了很強的逆溫層。通常，氣流上升越高，氣溫越低。但當氣候反常時，低層空氣溫度就會比高層空氣溫度還低，發生“氣溫的逆轉”現象，這種逆轉的大氣層叫做“逆轉層”。逆轉層會抑制煙霧的升騰，使大氣中煙塵積存不散，在逆轉層下積蓄起來，無法對流交換，造成大氣污染現象。
在這種逆溫層和大霧的作用下，馬斯河谷工業區內13個工廠排放的大量煙霧瀰漫在河谷上空無法擴散，有害氣體在大氣層中越積越厚，其積存量接近危害健康的極限。第三天開始，在二氧化硫（SO2）和其他幾種有害氣體以及粉塵污染的綜合作用下，河谷工業區有上千人發生呼吸道疾病，症狀表現為胸疼、咳嗽、流淚、咽痛、聲嘶、噁心、嘔吐、呼吸困難等。一個星期內就有60多人死亡，是同期正常死亡人數的十多倍。其中以心臟病、肺病患者死亡率最高。許多家畜也未能幸免於難，紛紛死去。
這次事件曾轟動一時，雖然日後類似這樣的煙霧污染事件在世界很多地方都發生過，但馬斯河谷煙霧事件卻是20世紀最早記錄下的大氣污染慘案。
