La polución ambiental es un problema de primer orden tanto en los países desarrollados como en los países emergentes y en vías de desarrollo. A raíz de este problema, surge la necesidad de monitorizar de manera constante la calidad del aire y se requiere el despliegue de redes de sensores distribuidas. Como consecuencia, en esta tesis doctoral está basada en la investigación, diseño y desarrollo de sistemas sensoriales avanzados para el análisis de la calidad de aire. El objetivo principal es desarrollar nuevos enfoques en las tecnologías de detección de gases en aplicaciones de calidad del aire. Para ello, las características de los actuales dispositivos de detección existentes son mejoradas, afectando a parámetros clave como la selectividad, sensibilidad y estabilidad a largo plazo. Además, también se busca implementar la capacidad de detección de un amplio rango de contaminantes, y conseguir la reducción del tamaño, y por tanto de su consumo de energía y coste. Con la búsqueda de este fin, se desarrollan sistemas automatizados de medición e instrumentación, y se diseñan plataformas portátiles inalámbricas para sensores de gases, algunos creados para su acceso desde dispositivos inteligentes. Además, se hace uso de técnicas de reconocimiento de patrones e inteligencia artificial para procesar los datos y discriminar los distintos contaminantes. Por último, se comprueba que todos los dispositivos utilizados obtienen resultados satisfactorios de discriminación de contaminantes con distintos sistemas de generación de gases.