Η νανοτοξικολογία είναι ένα υποπεδίο της τοξικολογίας που ασχολείται με τη μελέτη των δυνητικά τοξικών επιδράσεων των σωματιδίων νανοκλίμακας ή σωματιδίων με διάμετρο μικρότερη από 100 νανόμετρα — για κλίμακα, 1 νανόμετρο ισούται με 10-6 χιλιοστά. Γενικά, οι τοξικές ιδιότητες των σωματιδίων νανοκλίμακας προκύπτουν από το γεγονός ότι τέτοια σωματίδια έχουν πολύ υψηλή αναλογία επιφάνειας προς όγκο. Αυτή η υψηλή αναλογία επιφάνειας προς όγκο κάνει τα σωματίδια, τα οποία είναι συχνά αρκετά μικρά ώστε να διεισδύουν στις κυτταρικές μεμβράνες, εξαιρετικά αντιδραστικά με πολλές διαφορετικές χημικές ουσίες και ιστούς. Ορισμένες χημικές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν σωματίδια νανοκλίμακας μπορεί να έχουν επιβλαβείς επιπτώσεις στο σώμα. Το πεδίο της νανοτοξικολογίας ασχολείται με την ταξινόμηση των καταστάσεων που οδηγούν σε τοξικές επιδράσεις και την επινόηση τρόπων πρόληψης και αντιμετώπισής τους.
Μία από τις κύριες ανησυχίες του τομέα της νανοτοξικολογίας είναι ο προσδιορισμός ποιες ιδιότητες συγκεκριμένων σωματιδίων νανοκλίμακας οδηγούν σε τοξικές επιδράσεις. Το μέγεθος είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που επηρεάζει την τοξικότητα, καθώς τα μικρότερα σωματίδια μπορούν να διεισδύσουν σε ιστούς και κύτταρα και, ως εκ τούτου, μπορούν να επηρεάσουν περιοχές που τα μεγαλύτερα σωματίδια δεν μπορούν. Το σχήμα και η αντιδραστικότητα ενός δεδομένου σωματιδίου είναι επίσης εξαιρετικά σημαντική για τη νανοτοξικολογία, καθώς αυτοί οι παράγοντες καθορίζουν, σε κάποιο βαθμό, την επίδραση που έχουν τα σωματίδια νανοκλίμακας στον περιβάλλοντα ιστό. Διαφορετικά σωματίδια μπορεί επίσης να έχουν μια ποικιλία επιδράσεων σε διαφορετικούς τύπους ιστών, επομένως οι εξωτερικές συνθήκες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την ανάλυση της τοξικολογίας ενός δεδομένου σωματιδίου.
Ένας άλλος σημαντικός τομέας στον τομέα της νανοτοξικολογίας είναι η μεταφορά σωματιδίων νανοκλίμακας σε όλο το σώμα. Τέτοια σωματίδια είναι τόσο μικρά που μπορούν να απορροφηθούν από σχεδόν οποιοδήποτε μέρος του σώματος. Μόλις αποκτήσουν πρόσβαση στο σώμα, τείνουν να μην περιορίζονται στην άμεση περιοχή απορρόφησης. Είναι αρκετά μικρά ώστε να μετακινούνται στην κυκλοφορία του αίματος και να ταξιδεύουν σε πολλά διαφορετικά όργανα σε όλο το σώμα, συμπεριλαμβανομένου του εγκεφάλου και των νεφρών. Η αποσαφήνιση του τρόπου με τον οποίο ένα δεδομένο σωματίδιο νανοκλίμακας μπορεί να εισέλθει και να ταξιδέψει μέσα στο σώμα είναι ένας ζωτικός στόχος του τομέα της νανοτοξικολογίας.
Αρκετές διαφορετικές διαδικασίες που περιλαμβάνουν σωματίδια νανοκλίμακας μπορούν να οδηγήσουν σε δυνητικά τοξικές επιδράσεις. Ένας μικρός αριθμός τέτοιων σωματιδίων μπορεί, για παράδειγμα, να μην έχει αξιοσημείωτο αποτέλεσμα, αλλά μπορεί να προκύψει ασθένεια εάν συσσωρευτούν πολλά περισσότερα με την πάροδο του χρόνου. Αυτός είναι ένας σημαντικός κίνδυνος λόγω της ευκολίας με την οποία τέτοια μικρά σωματίδια μπορούν να εισέλθουν στο σώμα. Εναλλακτικά, τα εξαιρετικά αντιδραστικά σωματίδια μπορεί να είναι ικανά να προκαλέσουν βλάβη στα κύτταρα ακόμη και χωρίς να συσσωρεύονται σε μεγάλους αριθμούς. Οι ερευνητές νανοτοξικολογίας ελπίζουν να προσδιορίσουν με ακρίβεια πώς τα σωματίδια νανοκλίμακας βλάπτουν τους οργανισμούς προκειμένου να αναπτύξουν μια αποτελεσματική άμυνα εναντίον τους.