La exposición a largo plazo a una mala calidad del aire se ha asociado con infecciones virales respiratorias como la influenza y el sarampión. Algunos estudios epidemiológicos en América del Norte, Europa y Asia también sugieren que la exposición a la contaminación del aire está asociada con un aumento en la infección por SARS-CoV-2 y la mortalidad asociada con COVID-19. Sin embargo, se han realizado pocos estudios sobre este tema en América del Sur. En este estudio, investigamos la asociación entre PM ambiental, NO y O y su interacción con las muertes asociadas a COVID-19 en Brasil, el país más grande de América del Sur. Aplicamos un modelo mixto binomial negativo con inflación cero utilizando las muertes por COVID-19 a nivel municipal como el punto final y el promedio a largo plazo de PM, NO y O como la exposición. Agregamos un intercepto aleatorio por estado para tener en cuenta las posibles correlaciones entre comunidades dentro del mismo estado. Después de ajustar el modelo por varios posibles factores de confusión, incluidas variables meteorológicas, características demográficas, aspectos socioeconómicos y condiciones de atención médica, encontramos una asociación positiva entre PM y muertes por COVID-19 en Brasil, donde un aumento de 1 g/m en el promedio a largo plazo de PM se asoció con un aumento del 10.22% (IC del 95%: 9.35; 11.09) en las muertes por COVID-19. En contraste, O y NO mostraron asociaciones negativas. Como sugiere la literatura en otros países, nuestros resultados sugieren que la contaminación del aire es un cofactor importante que aumenta el riesgo de muerte por COVID-19 en Brasil. Los efectos de la contaminación del aire en Brasil son pronunciados, lo que indica la necesidad de mejorar las políticas de control de calidad del aire.