Nanotoxicologia este un subdomeniu al toxicologiei care se preocupă de studiul efectelor potențial toxice ale particulelor la scară nanometrică sau ale particulelor cu un diametru mai mic de 100 de nanometri – pentru scară, 1 nanometru este egal cu 10-6 milimetri. În general, proprietățile toxice ale particulelor la scară nanometrică rezultă din faptul că astfel de particule au un raport suprafață-volum foarte mare. Acest raport mare suprafață-volum face ca particulele, care sunt adesea suficient de mici pentru a pătrunde în membranele celulare, să fie foarte reactive cu multe substanțe chimice și țesuturi diferite. Unele reacții chimice care implică particule nanometrice pot avea efecte dăunătoare în organism. Domeniul nanotoxicologiei se ocupă de clasificarea condițiilor care duc la efecte toxice și de a concepe modalități de prevenire și tratare a acestora.
Una dintre principalele preocupări ale domeniului nanotoxicologiei este determinarea care proprietăți ale particulelor specifice la scară nanometrică duc la efecte toxice. Dimensiunea este unul dintre factorii majori care afectează toxicitatea, deoarece particulele mai mici sunt capabile să pătrundă în țesuturi și celule și, prin urmare, sunt capabile să afecteze zone pe care particulele mai mari nu le pot. Forma și reactivitatea unei anumite particule sunt, de asemenea, foarte importante pentru nanotoxicologie, deoarece acești factori determină, într-o oarecare măsură, efectul pe care particulele la scară nanometrică îl au asupra țesutului înconjurător. Diferitele particule pot avea, de asemenea, o varietate de efecte asupra diferitelor tipuri de țesut, astfel încât condițiile externe trebuie luate în considerare atunci când se analizează toxicologia unei anumite particule.
Un alt domeniu de importanță în domeniul nanotoxicologiei este transportul particulelor la scară nanometrică în tot organismul. Astfel de particule sunt atât de mici încât pot fi absorbite prin aproape orice parte a corpului. Odată ce au acces la corp, ele tind să nu se limiteze la zona imediată de absorbție. Sunt suficient de mici pentru a se muta în fluxul sanguin și pentru a călători în multe organe diferite din tot corpul, inclusiv creierul și rinichii. Elucidarea modului în care o anumită particule la scară nanometrică poate pătrunde și călători prin corp este un obiectiv vital al domeniului nanotoxicologiei.
Mai multe procese diferite care implică particule la scară nanometrică pot duce la efecte potențial toxice. Un număr mic de astfel de particule s-ar putea să nu aibă, de exemplu, niciun efect vizibil, dar s-ar putea să apară boală dacă multe altele se acumulează în timp. Acesta este un risc semnificativ din cauza ușurinței cu care astfel de particule mici pot pătrunde în organism. Alternativ, particulele foarte reactive pot provoca daune celulelor chiar și fără a se acumula în număr mare. Cercetătorii în nanotoxicologie speră să determine cu exactitate modul în care particulele la scară nanometrică dăunează organismelor pentru a dezvolta o apărare eficientă împotriva lor.