Dioksyny i nowotwory są bezpośrednio powiązane, gdy występuje wysoki poziom narażenia. Agencje rządowe, które badają i regulują zagrożenia dla zdrowia związane z chemikaliami, poprawiły związek między dioksynami a rakiem, klasyfikując dioksyny jako znany czynnik rakotwórczy dla ludzi. Narażenie na wysokie poziomy dioksyn może powodować raka układu limfatycznego, piersi, pęcherzyka żółciowego i krwi oraz mięsaki tkanek miękkich. Związek między dioksynami a rakiem przy niskich poziomach ekspozycji nie został naukowo określony.
Setki dioksyn istnieją w środowisku i są tworzone przez związki chemiczne na bazie chloru, które zanieczyszczają powietrze, wodę i glebę. Typ uważany za najbardziej toksyczny i badany przez badaczy zajmujących się dioksynami i rakiem jest znany jako tetrachlorodibenzo-para-dioksyna (TCDD). Powiązania między wszystkimi innymi formami dioksyn a rakiem są badane w odniesieniu do znanych toksycznych skutków TCDD.
Dioksyny powstają w wyniku spalania odpadów na wysypiskach oraz z procesów rafinacji i wytapiania w zakładach produkujących metal. W procesie bielenia stosowanym w przemyśle papierniczym i celulozowym powstają również dioksyny. Te chemikalia występują w dymie papierosowym, pestycydach, herbicydach i środkach do konserwacji drewna. Większość ludzi narażona na dioksyny pochodzi ze spożywania żywności zanieczyszczonej tą substancją chemiczną.
Mięso zawiera najwięcej dioksyn, które znajdują się najczęściej w wołowinie, a następnie w kurczaku, wieprzowinie i tłustych rybach. Produkty mleczne, takie jak ser, masło, mleko, jajka i lody również mogą być skażone dioksynami. Ludzie mieszkający w pobliżu rafinerii, papierni lub wysypisk komunalnych mogą wdychać powietrze zanieczyszczone chemikaliami.
Jedno z najsłynniejszych badań nad dioksynami i rakiem dotyczyło użycia Agent Orange przez armię amerykańską w Azji Południowo-Wschodniej podczas wojny w Wietnamie. Ogromne połacie dżungli zostały spryskane herbicydem, aby zabić rośliny ukrywające wojska wroga. Weterani wietnamscy narażeni na wysoki poziom TCDD w Agent Orange wykazywali wyższe wskaźniki raka i innych zaburzeń zdrowotnych.
Naukowcy uważają, że TCDD promuje wzrost i rozprzestrzenianie się guzów poprzez biochemiczną zmianę komórek. Badania te wykazały wzrost zachorowań na raka na poziomach, które wcześniej uważano za nietoksyczne. Inne badanie wykazało podobne wyniki w przypadku stosowania herbicydów.
Mieszkańcy narażeni na TCDD w Seveso we Włoszech, kiedy w 1976 roku eksplodowała roślina herbicydowa, później zachorowali na różne rodzaje raka. Naukowcy zbadali odległość od wybuchu i poziomy dioksyn występujących w glebie i wodzie, aby ocenić związek między dioksynami a rakiem. Porównali zachorowalność na raka 10 lat po nieszczęściu z obszarami, które uniknęły skażenia, ponieważ rozwój raka zwykle trwa tak długo lub dłużej.
Dioksyny występują również w plastiku z polichlorku winylu (PVC) i mogą być obecne w niektórych plastikowych pojemnikach na żywność. Eksperci ds. zdrowia odradzają ponowne używanie plastikowych pojemników przeznaczonych do jednorazowego użytku, takich jak margaryna, w kuchence mikrofalowej. Ciepło może uwalniać dioksyny do żywności. Plastikowe opakowanie na żywność używane w kuchenkach mikrofalowych powinno być specjalnie do tego celu wykonane i należy unikać cienkiego plastiku, takiego jak plastikowe torby na zakupy.