Las investigaciones sobre la relación estructura química-actividad (Structure Activity Realtionships) han sido profusas y poco definidas, debido a los siguientes motivos:
- No hay una clara correspondencia entre las propiedades físico-químicas de algunos tóxicos y su comportamiento en el medio biológico.
- A veces la actividad biológica no se debe al producto original sino a un metabolito del mismo, y la producción de aquél depende de numerosas variables (especie animal, inducción enzimática, etc.).
- Influencia de factores toxicocinéticos, que difieren de un tóxico a otro con estructura similar (absorción, unión a proteínas, volumen de distribución, fijación a receptores o a tejidos inertes, etc.).
- La paradoja estructural, que indica que sustancias con estructura química parecida presentan actividad y toxicidad diferentes.
Según la teoría de la toxicidad selectiva, la interacción de un tóxico con su receptor depende de las características fisicoquímicas y de la estructura molecular del compuesto. En la toxicidad influyen los siguientes factores:
- peso atómico o molecular: tanto los compuestos orgánicos como inorgánicos son más tóxicos cuanto mayor es su peso atómico o molecular.
- valencia: influye sobre la mayor o menor solubilidad de las sales.
- naturaleza química.
- dado que muchos fenómenos tóxicos se deben a que un compuesto bloquea grupos funcionales de proteínas celulares (grupos aldehído, amino, sulfhidrilo, oligoelementos), serán tóxicas todas aquellas sustancias que reaccionen con estos grupos, denominados grupos toxóforos.
- respecto a las sales de los metales, su toxicidad será mayor cuánto más raros sean éstos en la Naturaleza.