有毒有害物质是指被排放到环境中，对自然生态系统和人类健康产生毒害作用的物质。包括难降解的有机化合物，如农药、化工废水废渣中的有机化合物；重金属元素，如砷（As）、铬（Cr）、镉（Cd）、铅（Pd）、汞（Hg）、铜（Cu）等；放射性元素，如由核武器、核电站爆炸释放到环境中的铯（90Sr）、锶（137Cs）等放射性元素。
由于工农业的发展，人类向环境中投放的有毒有害物质与日俱增，这些物质一旦进入生态系统，便立即进入食物链，参与物质循环。所不同的是大多数有毒物质，尤其是人工合成的难降解大分子有机化合物和不可分解的重金属元素，在生物体内能不断富集、浓缩。所谓食物链的富集作用又称生物放大作用，是指有毒物质沿食物链各营养级传递时，在生物体内的残留浓度不断升高，表现在愈是上面的营养级，生物体内有毒物质的残留浓度愈高的现象。人类与动物在食物链中处在最高营养级，有毒物质进入生态系统，首先污染初级生产者，然后顺着食物链传递，到达动物与人体内。由于生物放大作用，有毒物质在动物和人体的浓度比环境及初级生产者中高出许多倍，造成了严重的污染，带来了灾难。生物对有毒物质的富集作用是普遍存在的。
环境污染与食物链的生物浓缩有着直接的联系。前面提到的1953年，日本九州鹿儿岛的水俣市出现的病因不明的“狂猫症”和人体“水俣病”，1965年经查明，这种病是由该市60千米外的阿贺野川上游昭和电气公司排出的含汞废水引起的。一部分汞被硅藻等浮游生物吸收，再转入食硅藻的昆虫体内，这些小昆虫死亡，被活动在水底层的石斑鱼吞食，汞再一次从昆虫转入石斑鱼体内，石斑鱼被肉食性的鲟鱼、鲶鱼吞食，汞经过食物链逐级富集，最后鲶鱼体内含汞量达10~20毫克/千克，最高达60毫克/千克，这一浓度比最初排出的含汞废水中的汞浓度高1万～10万倍。当地人长期食用高汞的鱼和贝类，汞在人体大量积累，当脑中质量浓度高达20ppm（ppm为毫克/千克）即可能发病，出现中枢神经被破坏的水俣病症状。