染物對生物危害的程度取決於污染物的毒性和進入機體劑量的相關關係。
大多數的劑量-反應關係曲線呈S形,劑量開始增加時,反應變化不明顯,隨著劑量的繼續增加,反應趨於明顯,到一定程度後,反應變化又不明顯。如將反應率換算成機率單位,劑量換算成對數值,劑量-反應關係曲線即成直線。此外,有少數的劑量-反應關係表現為直線或拋物線。具有明顯劑量-反應關係的污染物,易於定量評定它們的毒性。有的效應只在易感人群中才表現出來;有的效應往往超過了醫學檢查的正常值,但機體具有代償能力;嚴重的效應可引起病理變化。凡超過正常生理範圍的效應,均對機體顯示出損害作用。有的效應只能用發生或不發生來表示,如死亡和腫瘤的發生或不發生。對機體產生不良或有害生物學變化的最小劑量稱為閾劑量。低於閾劑量,沒有觀察到對機體產生不良效應的最大劑量稱為無作用劑量。閾劑量或無作用劑量是制定衛生標準和環境質量標準的主要依據。
環境致癌物的閾劑量是有待解決的重要課題。如石棉與間皮瘤(見石棉污染與癌)、氯乙烯污染與肝血管肉瘤、聯苯胺與膀胱癌等之間的關係,在人群中均明顯呈現劑量-反應的關係;在體內不經代謝活化的化學致癌物烷化劑,也完全和輻射一樣,致癌作用和劑量呈直線關係;但大多數化學致癌物在體內要經過代謝活化後才具有致癌作用。靶劑量和閾劑量的研究,可為制定標準提供科學依據。例如,美國在發現吸入250ppm氯乙烯可以誘發大鼠肝血管肉瘤以後,將車間工人8小時接觸氯乙烯的容許標準定為1ppm;蘇聯學者發現大鼠氣管內注入苯並(a)芘不致癌的總劑量為 0.02毫克,根據這一事實,有人建議將車間空氣中苯並 (a)芘的最高容許濃度定為每100立方米 14微克,居住區大氣最高容許濃度定為每100立方米0.1微克。
對一些效應與時間因素有關的環境污染物,存在著劑量(濃度)和時間綜合與效應的關係,如一氧化碳(CO)對碳氧血紅蛋白的影響有人用公式表示為:
式中CO為接觸CO濃度(PPM);為接觸時間(分鐘)。用數學方法研究劑量、時間和致癌作用以及其他效應關係的工作仍在繼續發展中。