Nanotoxikologi är ett underområde av toxikologi som sysslar med studiet av de potentiellt toxiska effekterna av partiklar i nanoskala, eller partiklar med en diameter på mindre än 100 nanometer – för skala är 1 nanometer lika med 10-6 millimeter. I allmänhet uppstår de toxiska egenskaperna hos partiklar i nanoskala från det faktum att sådana partiklar har ett mycket högt förhållande mellan yta och volym. Detta höga yta-till-volymförhållande gör att partiklarna, som ofta är tillräckligt små för att penetrera cellmembran, mycket reaktiva med många olika kemikalier och vävnader. Vissa kemiska reaktioner som involverar partiklar i nanoskala kan ha skadliga effekter i kroppen. Området nanotoxikologi handlar om att klassificera de tillstånd som leder till toxiska effekter och utarbeta sätt att förebygga och behandla dem.
En av huvudfrågorna inom området nanotoxikologi är att bestämma vilka egenskaper hos specifika nanoskaliga partiklar som leder till toxiska effekter. Storleken är en av de viktigaste faktorerna som påverkar toxiciteten, eftersom mindre partiklar kan penetrera vävnader och celler och därför kan påverka områden som större partiklar inte kan. Formen och reaktiviteten hos en given partikel är också mycket viktig för nanotoxikologin, eftersom dessa faktorer i viss mån bestämmer effekten som partiklar i nanoskala har på omgivande vävnad. Olika partiklar kan också ha en mängd olika effekter på olika typer av vävnad, så yttre förhållanden måste beaktas när man analyserar en given partikels toxikologi.
Ett annat område av betydelse inom området nanotoxikologi är transporten av partiklar i nanoskala genom hela kroppen. Sådana partiklar är så små att de kan absorberas genom nästan vilken del av kroppen som helst. När de väl får tillgång till kroppen tenderar de att inte vara begränsade till det omedelbara området för absorption. De är tillräckligt små för att flytta in i blodomloppet och resa till många olika organ i hela kroppen, inklusive hjärnan och njurarna. Att belysa det sätt på vilket en given partikel i nanoskala kan komma in i och färdas genom kroppen är ett viktigt mål för området nanotoxikologi.
Flera olika processer som involverar partiklar i nanoskala kan leda till potentiellt toxiska effekter. Ett litet antal sådana partiklar kanske till exempel inte har någon märkbar effekt, men sjukdom kan uppstå om många fler byggs upp med tiden. Detta är en betydande risk på grund av hur lätt så små partiklar kan komma in i kroppen. Alternativt kan de mycket reaktiva partiklarna kunna orsaka skador på celler även utan att ackumuleras i stort antal. Nanotoxikologiforskare hoppas kunna fastställa exakt hur partiklar i nanoskala skadar organismer för att kunna utveckla ett effektivt försvar mot dem.