Химическая экотоксикология для обнаружения и количественного определения токсических веществ в объектах природной и окружающей человека среды использует самые современные химико-аналитические методы. Однако биологические методы исследования (биоиндикация и биотестирование) сохраняют свое важное место, в первую очередь, из-за высокой специфичности и интегративности. Кроме того, именно эти методы могут дать информацию о структурных изменениях в экосистемах.
Химические методы исследования позволяют получать более узкую информацию, не всегда адекватно отражающую реальное положение дел. Например, в почвах отдельных регионов отмечается повышенное содержание тяжелых металлов. Но вредное действие этих токсикантов сильно зависит от рН среды: в кислых средах соли тяжелых металлов лучше растворимы. Кроме того, если повышенное содержание тяжелых металлов имеет естественное происхождение, то сложившиеся в этих регионах сообщества низших и высших растений и животных приспособились к этим условиям.
В качестве биоиндикатора выбирают определенный биологический вид или сообщество видов. Его состояние может служить для обнаружения, определения концентраций загрязняющих компонентов, т.е. для оценки загрязнения среды обитания. Накопление экотоксикантов в отдельных тканях и органах – пример такой оценки. Например, содержание токсикантов в пчелином меде отражает их содержание в медоносных растениях. Некоторые виды растений и животных избирательно накапливают из окружающей среды микроэлементы и отдельные классы органических экотоксикантов на несколько порядков больше. Например, чувствительность биологического определения хлорорганических суперэкотоксикантов диоксинов находится на уровне 10-15 %. Это, в свою очередь, требует снижения порога обнаружения именно до таких значений концентраций: иногда нескольких молекул вещества достаточно для достоверно диагностируемой патологии в опытах in vivo (на лабораторных животных).
Таким образом, правильно выбранный организм становится индикатором, если может служить как для качественной характеристики, так и для количественной оценки состояния среды обитатания или экосистемы. Например, молодые растения табака (Nicotiana tabacum) очень чувствительны к присутствию в воздухе фотооксидантов – озона и органических пероксидов. Изменение пигментации листьев вследствие их некротизации линейно зависит от содержания в воздухе этих токсикантов, поэтому использование растений табака позволяет судить о возникновении и степени тяжести "смоговой ситуации". На применении таких индикаторных организмов основан биомониторинг, являющихся составной частью экологического мониторинга и осуществляется путем слежения за откликом биологических объектов на природные и антропогенные воздействия. Откликом могут служить различные параметры: изменение метаболизма, заболеваемость, перемены многолетней динамики численности популяции, деструкция биоценоза и др.
Биологические индикаторы могут быть разделены на две группы: биоиндикаторы уровней загрязнения и биоиндикаторы состояния экосистемы. Первые – организмы-концентраторы, позволяющие оценить содержание экотоксикантов в объектах природной и окружающей человека среды, т.е. решить экоаналитические задачи. Вторые наиболее полно и прямо соответствуют конечным задачам экологического мониторинга.