持久性有机污染物(POPs)之所以成为当前全球环境保护的热点，正是由于其能够对野生动物和人体健康造成不可逆转的严重危害，其中包括:
对免疫系统的危害POPs会抑制免疫系统的正常反应、影响巨噬细胞的活性、降低生物体的病毒抵抗能力。研究表明，海豚的T细胞淋巴球增殖能力的降低和体内富集的滴滴涕等杀虫剂类POPs显著相关，海豹食用了被PCBs污染的鱼会导致维生素A和甲状腺激素的缺乏而易感染细菌。一项对因纽特人的研究发现，母乳喂养和奶粉喂养婴儿的健康T细胞和受感染T细胞的比率与母乳的喂养时间及母乳中杀虫剂类POPs的含量相关。
对内分泌系统的危害多种POPs被证实为潜在的内分泌干扰物质，它们与雌激素受体有较强的结合能力，会影响受体的活动进而改变基因组成。例如:亚老哥尔(多氯联苯商品名)在体内试验中表现出一定的雌激素活性。另有研究发现，患恶性乳腺癌的女性与患良性乳腺肿瘤的女性相比，其乳腺组织中PCBs和滴滴伊(滴滴涕的代谢产物)水平较高。
对生殖和发育的危害生物体暴露于POPs会出现生殖障碍、先天畸形、机体死亡等现象。受POPs暴露的鸟类产卵率降低、种群数目减少；捕食了含PCBs鱼类的海豹生殖能力下降。一项对200名孩子的研究(其中3/4孩子的母亲在孕期食用了受POPs污染的鱼)发现，这些孩子出生时体重轻、脑袋小，7个月时认知能力较一般孩子差，4岁时读写和记忆能力较差，11岁时的智商值较低，读、写、算和理解能力都较差。
致癌作用国际癌症研究机构(IARC)在大量的动物实验及调查基础上，对POPs的致癌性进行了分类，其中:2，3，7，8－四氯代二苯并－对－二恶英(TCDD)被列为I类(人体致癌物)，PCBs混合物被列为IIA类(较大可能的人体致癌物)，氯丹、滴滴涕、七氯、六氯苯、灭蚁灵、毒杀芬被列为IIB类(可能的人体致癌物)。
其他毒性POPs还会引起一些其他器官组织的病变，导致皮肤表现出表皮角化、色素沉着、多汗症和弹性组织病变等症状。一些POPs还可能引起精神心理疾患症状，如焦虑、疲劳、易怒、忧郁等。