物質的毒性， 與其理化性質有很大關系。而物質的理化性質是由化學結構決定的。所以化學結構是物質毒性的決定因素。化學物質的結構和毒性之間的嚴格關系， 目前還沒有完整的規律可言。但是對于部分化合物， 卻存在一些類似于規律性的關系。

　　在有機化合物中， 碳鏈的長度對毒性有很大影響。飽和脂肪烴類對有機體的麻醉作用隨分子中碳原子數的增加而增強， 如戊烷 < 己烷 < 庚烷等。對于醇類的毒性， 高級醇、戊醇、丁醇大于丙醇、乙醇， 但甲醇是例外。在碳鏈中若以支鏈取代直鏈， 則毒性減弱。如異庚烷的麻醉作用比正庚烷小一些， 2-丙醇的毒性比正丙醇小一些。如果碳鏈首尾相連成環， 則毒性增加， 如環己烷的毒性大于正己烷。

　　物質分子結構的飽和程度對其生物活性影響很大。不飽和程度越高， 毒性就越大。例如， 二碳烴類的麻醉毒性隨不飽和程度的增加而增大， 乙炔 > 乙烯 > 乙烷。丙烯醛和 2-丁烯醛對結膜的刺激性分別大于丙醛和丁醛。環己二烯的毒性大于環己烯， 環己烯的毒性又大于環己烷。

　　分子結構的對稱性和幾何異構對毒性都有一定的影響。一般認為， 對稱程度越高， 毒性越大。如 1， 2-二氯甲醚的毒性大于 1， 1-二氯甲醚， 1， 2-二氯乙烷的毒性大于 1 ， 1-二氯乙烷。

　　芳香族苯環上的三種異構體的毒性次序， 一般是對位 > 間位 > 鄰位。例如， 硝基酚、氯酚、甲苯胺、硝基甲苯、硝基苯胺等的異構體均有此特點。但也有例外， 如鄰硝基苯甲醛、鄰羥基苯甲醛的毒性都大于其對位異構體。對于幾何異構體的毒性， 一般認為順式異構體的毒性大于反式異構體。如順丁烯二酸的毒性大于反丁烯二酸。

　　有機化合物的氫取代基團對毒性有顯著影響。脂肪烴中以鹵素原子取代氫原子， 芳香烴中以氨基或硝基取代氫原子， 苯胺中以氧、硫、羥基取代氫原子， 毒性都明顯增加。如氟代烯烴、氯代烯烴的毒性都大于相應的烯烴， 而四氯化碳的毒性遠遠高于甲烷， 等等。

　　在芳香烴中， 苯環上的氫原子若被甲基或乙基取代， 全身毒性減弱， 而對黏膜的刺激性增加; 若被氨基或硝基取代， 則有明顯形成高鐵血紅蛋白的作用。苯乙烯的氯代衍生物的毒性試驗指出， 其毒性隨氯原子所取代的氫原子數的增加而增加。具有強酸根、氫氰酸根的化合物毒性較大。芳香烴衍生物的毒性大于相同碳原子數的脂肪烴衍生物。而醇、酯、醛類化合物的局部刺激作用則依序增加。