Количественная характеристика токсичности веществ сложна. Судить о ней приходится по результатам воздействия вещества на живой организм, для которого характерна индивидуальная вариабельность, т.е. в группе испытуемых животных всегда присутствуют и более, и менее восприимчивые к действию изучаемого токсина. Проводить такое изучение на единичном живом объекте неинформативно. При достаточном количестве объектов — живых организмов определяют две характеристики токсичности в ЛД50 и ЛД100. Суть этих характеристик в следующем: либо все, либо половина животных погибают от полученной ими дозы токсина. ЛД — аббревиатура летальной дозы. Токсикацию, приводящую к смертельному исходу называют острой. Дозу определяют обычно в весовом количестве токсина на 1 кг живого веса объекта, т.е. в размерности концентрации. Эта доза вводится в подопытный организм чаще всего с пищей или водой. Токсичными считаются все те вещества, у которых ЛД мала. Так, у классических ядов — цианистого калия и стрихнина ЛД100 — составляет 10 и 0,5 мг/кг. Намного меньше ЛД у боевых отравляющих веществ, у некоторых природных токсинов растительного происхождения: 2 • 10-4 мг/кг у майтотоксина, 5 • 10-4 мг/кг у палитоксина, вырабатываемых микроводорослями и некоторыми типами кораллов. Все приведенные цифры характеризуют ударную летальную дозу, т.е. введенную в организм одномоментно. При получении дозы, меньше летальной, болезненное состояние организма обычно постепенно проходит. С мочой, фекалиями, потом, выдыхаемым воздухом из организма происходит выведение токсина и продуктов его превращения, характеризуемое временем полувыведения (t0,5). Для разных токсинов (t0,5 составляет от нескольких часов до нескольких десятков лет.
К сложностям определения характеристик токсичности веществ относится то, что у разных представителей млекопитающих чувствительность к действию одного и того же токсина различна. В большинстве исследований приводятся данные о токсичности в отношении мышей как наиболее дешевых и в то же время «презентативных» лабораторных животных. Еще одна сложность связана с тем, как измерять концентрацию токсина в погибшем организме.
Специфика токсина не только в том, на какую жизненно важную систему организма направлено его действие. Различные токсины по-разному распределяются в организме. Так, свинец концентрируется в костях скелета, кадмий — в почках, большинство хлорорганических соединений — в жировых тканях, а некоторые токсины — в клетках мозга. Токсический эффект от воздействия двух полудоз при введении их с интервалом во времени будет меньше, чем от одномоментного введения полной. За этот интервал времени часть первой полудозы будет выведена из организма и токсический эффект окажется сниженным.
Химические превращения токсинов в организме, как и всех других веществ, проходят с участием биологических катализаторов — ферментов. Отдельные ферменты обладают абсолютной специфичностью, т.е. ускоряют превращение лишь одного вещества. Для большей же части ферментов характерна групповая специфичность действия — катализ гидролиза пептидной связи в различных белках, окисления разных альдегидов в кислоты и т.п. Неабсолютная специфичность ферментов и определяет то, что токсины и другие чуждые организму вещества (ксенобиотики) включаются в круг ферментативных превращений. Это протекающее преимущественно в печени превращение токсинов дополняется удалением неизмененного токсина в результате «фильтрации» почками.
В разных странах действуют свои национальные системы ПДК, а величины ПДК для индивидуальных веществ порой различаются в сотни раз. Системы ПДК периодически пересматриваются. По смыслу близка к ПДК еще одна мера — допустимая суточная доза (ДСД), или количество вещества, попадающего в организм без выраженных последствий по тому или иному показателю в течение среднего срока жизни.