Es uno de los mecanismos más clásicos y mejor conocidos en numerosos tóxicos. Se excluyen de este grupo los enzimas ligados a membranas y los enzimas respiratorios incluidos ya en los mecanismos 1 y 2. La acción del tóxico sobre los enzimas puede manifestarse mediante: inhibición enzimática (es lo más frecuente), o estimulación.

Entre los numerosos ejemplos que podemos citar de la inhibición enzimática destacan:

• inhibición enzimática directa:
  -insecticidas organofosforados: inhiben la acetilcolinesterasa.
  -plomo: inhibe la ALA-deshidratasa.

• inhibición indirecta (por bloqueo de cofactores necesarios para la actividad enzimática): Un ejemplo lo constituye el arsénico, que inhibe la piruvato-deshidrogenasa por bloqueo de los grupos SH del ácido lipoico.

En cuanto a la estimulación enzimática, los casos más interesantes se refieren a la estimulación de la síntesis del enzima. Como ejemplo tenemos el hexaclorobenceno, insecticida organoclorado que estimula la síntesis del enzima ALA-sintetasa (ver esquema en hipervínculo).