物理-化学性迁移是污染物在环境中最基本的迁移过程，是指元素及其化合物在环境中通过物理化学作用所实现的迁移。无机化合物常以简单的离子、络离子或可溶性分子形式通过吸附-解吸、溶解（或絮凝）-沉淀、氧化-还原、水解、络合和螯合等作用实现迁移。有机化合物除以上的作用外，还可通过化学分解、光化学分解、生化分解和聚合作用等实现迁移。迁移过程中元素及其化合物在环境中的存在形态、富集状况及其潜在危害性都发生变化，是生物地球化学循环中化学物质迁移的一种重要形式。
（一）风化淋溶作用
环境中的水在重力作用下运动时，可以通过水解作用将岩石、矿物中的化学元素溶入到水中，这样的过程称为风化淋溶作用，其结果是可以产生游离态的元素离子。这些游离态离子因为具有较强的生物活性，所以容易进入到生物体内并发挥各种作用。许多地方病病区的调查证实，疾病的发病率和由于环境中风化淋溶作用所导致的某种元素过多或缺乏有着密切联系。例如，对于我国克山病病因的研究发现，地表元素的风化淋溶程度与该病的死亡率之间存在着密切关系。
（二）溶解挥发作用
溶解作用是一切可溶性污染物污染环境的一种基本方式。在大气环境中，二氧化硫等酸性气体遇到水蒸气就会发生溶解，形成硫酸及亚硫酸，然后在冷却后形成酸性降水（pH低于5.6，通常在2～3，有时更低）。这些酸性降水会使空气、地表、甚至地下的物质结构发生改变，从而造成一系列严重的环境及健康问题。此外，自然界的正常降水以及地表的径流，也可以溶解各种固体废弃物中的水溶性成分，从而严重污染土壤和水体。而不合理的垃圾堆放和污染物的填埋方式所导致的地表水和地下水污染已屡见不鲜。同时，对许多污染物而言，挥发作用也是极为重要的迁移方式之一。挥发作用造成污染物的迁移主要表现为两个方面：一方面是各种强挥发性的污染物（在10 -3 mol／m 3 左右），通过挥发作用迅速逸散至空气中；另一方面是在污染物的挥发性低于水或其他溶剂的挥发性的情况下，所造成污染物的浓缩，从而使污染物的毒作用浓度显著增高，从而造成危害。挥发作用的大小主要取决于污染物的物理性质（例如Henry’s定律常数、扩散系数等）和环境条件等因素。
（三）酸碱作用
酸碱作用，即环境pH的变化可以影响污染物的迁移过程。例如前面提到的酸性降水，不仅会造成建筑物的腐蚀和皮肤黏膜的刺激性损伤，而且还会加速环境中岩石、矿物风化淋溶的速度。另外，酸性降水还可促使土壤中铝的活化。当大量的三价铝进入土壤溶液或河流湖泊等水体，便会对树木与水生生物产生毒作用。酸性环境使大多数污染物形成易溶性化合物，促进了污染物的迁移。在环境pH比较高时，许多污染物就可能沉淀下来，在沉积物中相对富集。这些沉淀下来的污染物往往以与OH-结合成为不同络合态的形式存在。不同络合态的污染物会有不同的环境行为，如当Ni和Co与OH-络合为NiOH ＋ 和CoOH ＋ 时，可被氧化物或黏土矿物牢固吸附。
（四）络合作用
络合作用是一种广泛存在于环境中的作用力。当污染物在环境中迁移时，经常和其他离子、离子团或有机大分子络合。络合分子或络合离子具有特殊的化学性质，因而大大改变了污染物的迁移能力及归宿。环境中的OH – 、Cl – 、HCO 3 – 、CO 3 2- 及含有—NH 2 、—OH、—COOH、—SH等官能团的有机物都可作为配位体与金属离子络合。例如当含Hg 2＋ 河水流入海洋时，随着水中氯离子浓度逐渐增高，河口水体中的Hg 2＋ 就会逐次形成Hg（OH） 2 →Hg（OH）Cl→HgCl 2 →HgCl 3 -→HgCl 4 2- 。其中的Hg（OH）Cl与水体中的悬浮态黏土矿物和氧化物吸附力最强，而HgCl 2 的吸附力最差。因而Hg（OH）Cl部分的汞大量转移到悬浮固相或沉积物中，而HgCl 2 部分的汞仍留在水体中。
（五）吸附作用
吸附是一种对污染物在环境中迁移转化有重要影响的作用力，是指一种发生在固体或液体表面的对其他物质产生吸着的现象。虽然一般情况下污染物在环境中的浓度较低，但是它们往往会与其他物质发生物理或化学吸附作用，然后污染物会随之发生迁移。例如，许多重金属或有机污染物常会与胶体物质吸附在一起从而发生迁移。但是当胶体物质的稳定性因为温度、湿度、气压、pH、Eh、以及电解质浓度等环境条件的变化而改变，就可能连同其所吸附的污染物一同发生沉淀。对湖泊、河流进行水质监测，结果表明几乎有80％～100％的有毒污染物会同水体中的颗粒物一同迁移。同时，污染物在土壤中的吸附能力还常常受到土壤理化性质的影响，例如土壤中有机碳含量、土壤颗粒大小、黏土矿物质成分、pH、阳离子交换能力等。在合适的pH条件下，许多重金属都能够牢固地吸附在黏土物质上；而芳香族化合物则能与土壤中的腐殖酸形成很牢固的共价结合。
（六）氧化-还原作用
氧化还原反应是一种广泛存在于自然环境中的化学反应。污染物在氧化还原反应中，会有一部分失去电子被氧化，而另一部分则获得电子被还原，随即污染物的迁移能力发生变化。许多有机污染物会在游离氧占优势的环境中被逐渐氧化，进而彻底分解成二氧化碳和水，在厌氧条件下则是形成一系列还原产物，例如硫化氢、甲烷和氢气等。一些元素，例如Cr、V、S、Se等，它们在氧化条件下会形成易溶的化合物；例如铬酸盐、钒酸盐、硫酸盐，以及硒酸盐等，这些化合物具有较强的迁移能力，但是在还原环境中，这些元素则会变成难溶的化合物因而不能发生迁移。