Forskare i USA fann att höga doser av dessa tillskott kan "fullständigt kompensera" de skador som orsakas av mycket fina partiklar.
Forskarna säger att effekten är verklig men betonar begränsningarna i deras arbete.
De säger att det finns ett trängande behov av uppföljningsstudier i starkt förorenade städer som Peking eller Mexiko.
Luftföroreningarnas inverkan på hälsan har blivit en orsak till växande oro för människor runt om i världen, men man förstår inte exakt hur smutsig luft gör människor sjuka.
Enligt Världshälsoorganisationen (WHO) bor över 90 procent av världens befolkning i områden där luftföroreningarna överskrider säkerhetsriktlinjerna.
En av de föroreningar som anses farligast är mycket fina partiklar, som kallas PM2.5, där partiklarna har en diameter på mindre än 2,5 mikrometer.
Dessa komplexa partiklar kommer från dieselbilar, vedeldade spisar och som en biprodukt av kemiska reaktioner mellan andra förorenande gaser.
Vid omkring 1/30 bredden av ett människohår, PM2.5 fragment kan lodge djupt i den mänskliga lungan och bidra till lung-och hjärthälsofrågor i den unga och gamla.
Forskare har länge misstänkt att PM2.5 orsakar så kallade epigenetiska förändringar i våra celler som kan skada vår hälsa.
Generna i vårt DNA innehåller instruktionerna för livet, men epigenetiken styr hur dessa instruktioner används - det är som förhållandet mellan ett mp3-spår och volymkontrollen, du kan bara höra de musikaliska tonerna (generna) när du ringer upp volymen (epigenetiska förändringar).
Studien visar att själva förekomsten av miljöfaktorer som luftföroreningar tycks förändra gener i immunsystemet på epigenetisk nivå - sätta på eller stänga av dem, och hämma vårt försvar.
Forskare hade redan sett att näringsämnen på något sätt kunde stoppa denna process i djurstudier med den kemiska bisfenol A.
Nu i denna nya mänskliga försök, en internationell grupp av forskare ville se om exponering för koncentrationer av PM2.5 kunde lindras genom en daglig B-vitamin tillägg som innehåller 2,5 mg folsyra, 50 mg vitamin B6, och 1 mg vitamin B12.
Tio frivilliga testades initialt exponerade för ren luft medan de fick placebo för att mäta deras grundläggande svar. Samma frivilliga testades senare med stora doser B-vitaminer medan de exponerades för luft som innehöll höga nivåer av PM2,5.
Forskarna fann att en fyra veckor lång B-vitamintillskott begränsade PM2,5-effekten med mellan 28-76% på tio genplatser. De fann en liknande minskning i inverkan på mitokondriell DNA, de delar av celler som genererar energi.
"Där vi kvantifierar effekten, är det nästan nära en fullständig offset på epigenomet av luftföroreningarna," sade Jia Zhong från Harvard School of Public Health, som ledde studien.
"På mitokondriell DNA-sida kompenserade den också en stor del av den."
Men författarna varnar för att deras studier har många begränsningar, samtidigt som de observerar en verklig effekt. Förutom det lilla antalet deltagare fanns det inte mycket information om storleken på B-vitamindosen som framkallade svaret.
"Vi hade inte olika doser och de doser vi använde var ganska höga, högre än en normal graviditet föreslog intag. Så det är ganska hög men på samma sätt vi observerade denna skyddande effekt," sade Jia Zhong.
Andra vetenskapsmän på fältet är överens om att det behövs försiktighet, samtidigt som de välkomnar studien.
"Det faktum att de hittar en sammanhängande historia i bara 10 ämnen är lovande, men tydligt motiverar ytterligare uppföljning i större populationer särskilt med tanke på den etniska variationen i denna studie," säger Prof Carrie Breton från University of Southern California, som inte var involverad i rapporten.
"Även om jag tycker att det är bra att göra något så enkelt som att ta ett vitamin skulle hjälpa till att skydda mot luftföroreningar skada, måste folkhälsomålet fortfarande vara att minska luftföroreningar till en nivå som inte är skadligt," sade hon i ett uttalande.
Författarna erkänner att detta var en pilotstudie för att testa en hypotes och de är inte i stånd att göra några avdrag om huruvida B-vitaminer kan användas i klinisk praxis som ett sätt att skydda mot luftföroreningar.
Fler och större studier behövs - och de måste göras i miljöer där människor har en stor exponering för PM2.5.
"Jag tror att B-vitaminer är en trolig förhoppning om att vi kan utnyttja som en individualiserad behandling för att komplettera de politiska reglerna för att minimera effekterna av luftföroreningar", säger Jia Zhong.
"En mer sofistikerad studie behövs omgående i Peking eller Indien eller Mexiko bara för att se om de som är kroniskt exponerade, om skyddseffekten fortfarande kan vara effektiv."
Studien har publicerats i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Följ Matt på Twitter och på Facebook.
B-vitaminer kan ge ett visst skydd mot luftföroreningar, föreslår en småskalig mänsklig prövning.