A kémiai szennyezés számos veszélyt jelent mind az emberekre, mind az élővilágra. A mérgező vegyi anyag kiömlése azonnali, rövid távú pusztítást okozhat a környezetben és az anyagoknak kitett személyekben. Sokkal alattomosabb azonban a kémiai szennyezés hosszú távú hatása, amely károsíthatja a kezdeti szennyeződéstől távol, és sokkal hosszabb ideig.
Közvetlen egészségügyi hatások
A mérgező vegyi anyagok bármikor a környezetbe kerülve közvetlen veszélyt jelenthetnek az egészségre és az életre. Sok különböző típusú anyag mérgező lehet elég nagy adagokban, ezért egy nagy kiömlés vagy szivárgás nagyszámú embert megölhet vagy megsebesíthet. Az egyik leghírhedtebb példa egy nagy vegyi anyag szivárgásra 1984-ben történt az indiai Bhopalban, amikor 40 tonna metil-izocianát gáz szivárgott ki egy rovarirtó üzemből, takarva a közeli várost, és több mint 3800 ember halt meg emberek.
Bioakkumuláció és toxicitás
Nem minden kémiai szivárgásnak van közvetlen hatása. Még akkor is, ha az expozíció olyan alacsony szinten történik, hogy nagyobb kárt vagy halált okozzon, a vegyi anyag elhúzódhat a testfolyadékokban és a szövetekben, és idővel felhalmozódhat. Ezt a folyamatot bioakkumulációnak nevezik, és bizonyos anyagok hajlamosak a testben összegyűjteni és hosszú távú károsodást okozni. A nehézfémek, például a higany, köztudottan bioakkumulátorok, és feljuthatnak az élelmiszerláncon. A halak higanyként felhalmozódhatnak a húsukban, és ez a szennyeződés átmehet bármely állatra vagy emberre, aki megeszi a halat. Amint a szint mérgezővé válik, krónikus egészségügyi problémákhoz és genetikai károsodáshoz vezethet.
Talajszennyezés
A talajra kerülő vegyi anyagok rövid és hosszú távú veszélyekkel járnak. Bárki, aki a szennyezés közvetlen közelében van, annak bekövetkezésekor szenvedheti az expozíció hatásait, de miután a vegyi anyag beszivárog a talajba, a környéken lévő növények felszívhatják azt a normális növekedés során folyamat. Ily módon egy vegyi anyag kiömlése termékeny föld közelében megfertőzheti a terményeket, és szétszórhatja azokat, akik fogyasztják őket.
Vízszint szennyeződés
A kémiai szennyezés másik hosszú távú veszélye a vízszint szennyeződése. Ha a vegyi anyagok áthatolnak a talajon és bejutnak a földalatti víztartó rétegekbe, akkor a víz természetes mederrel történő mozgása rendkívül nagy területen terjesztheti őket. Továbbá, mivel a víz ezeken a földalatti rendszereken keresztül lassan mozog, a vegyi anyagok valódi hatásai a kiömlés egy ideig észrevétlen maradhat, és nagyon nehéz visszavezetni a forrásra egyszer felfedezték. Emiatt a Környezetvédelmi Ügynökség fenntartja a Superfund programot a mérgező helyek azonosítására, elkülönítésére és megtisztítására, mielőtt a szennyezés átterjedhet az egész régióban.