本來AQI應該使普通群眾更直觀地了解空氣污染狀況，但其定義存在一些問題，妨礙了它起到這一作用。
簡單來說，AQI的確定方法是：首先對每種污染物（包括PM2.5，PM10，NO2，SO2，O3，CO）計算一個相應的分指數。分指數不僅與該污染物的濃度有關，還要考慮當地對該污染物的安全允許值。一個重要特徵是，分指數的最高值是500。以PM2.5為例，其濃度為75微克/立米時對應的分指數是100，250微克/立米時是300，500微克/立米時分指數達到500，之後無論PM2.5濃度再增加多少，其分指數都不再增加。在計算出6個分指數之後，選其中最高的作為總的空氣質量指數AQI，對應的污染物稱為主要污染物。
顯而易見，因為分指數不可能超過500，那麼總的AQI也不可能超過500。這使得在嚴重污染情況下，AQI不能真實反映污染狀況。例如，假設主要污染物是PM2.5，當其濃度達到500微克/立米時，AQI是500；即便其濃度增加到1000微克/立米，AQI還是500。
其次，AQI只選擇一個主要污染物的分指數，無法反映所有污染物的總和效應。1月5日，山西臨汾的SO2濃度達到了1300微克/立米（對比北京的數值只有幾十），但由於其對應的分指數仍不及PM10，當地的AQI仍以PM10的分指數代表，等於忽略了SO2的危害。
另外，計算PM2.5和PM10的分指數時，使用的是24小時平均濃度。因此，當這兩種污染物為主要我污染物時，AQI的變化有至少數小時的延遲。換句話說，在PM2.5和PM10急劇升高的時候，AQI並不會立即跟着升高。這種時候，直接看看窗外的天氣，更能準確掌握污染的實際狀況。
