Kemijska toksikologija proučava djelovanje kemikalija na žive organizme. To može uključivati kemikalije koje se koriste u području medicine, u poljoprivredi i proučavanju divljih životinja. Cilj kemijskih toksikoloških studija uključuje pronalaženje nuspojava određenih kemikalija ili toksina prilikom gutanja, načina otkrivanja kemikalija u tijelu i načina liječenja trovanja kada se pojave. To može biti korisno pri razvoju novih proizvoda ili lijekova koji uključuju upotrebu različitih kemijskih spojeva pomažući istraživačima da utvrde koji su spojevi sigurni za ljudsku upotrebu.
Primjena kemijske toksikologije u medicinskom području najčešće se odnosi na liječenje izloženosti toksinima i razvoj novih lijekova i tretmana. Većina lijekova koji se koriste u tradicionalnoj medicini uključuju upotrebu više kemijskih spojeva. Ove kemikalije imaju izravan učinak na tijelo, što rezultira preokretom bolesti ili ublažavanjem simptoma. Prije nego se ovi spojevi mogu koristiti ili dodati postojećim kemikalijama za koje se zna da su sigurne, moraju biti temeljito ispitani i odobreni od strane odgovarajuće agencije. Kako bi se testirala sigurnost lijekova, klinička ispitivanja se općenito provode uz pomoć plaćenih volontera koji pristaju uzimati lijek određeno vrijeme.
Iste metode mogu se koristiti za određivanje protuotrova za trovanje, jer je jedna kemikalija često potrebna za neutralizaciju druge. Liječnici također mogu obaviti testove na pojedincima koji pokazuju znakove trovanja nakon smrti kako bi utvrdili što su toksini krivi i kakve su točne učinke imali na tijelo. To se postiže provođenjem testova na poznate toksine i njihovim sužavanjem te pomnim pregledom organa i drugih sustava kako bi se uočila bilo kakva oštećenja koja ugrožavaju život.
Kemijska toksikologija se također koristi u poljoprivrednoj industriji i industriji zaštite okoliša. Testovi moraju biti dovršeni na kemikalijama koje se koriste kao pesticidi za uzgoj usjeva i onih koje se mogu koristiti u uobičajene kućanske svrhe. To je zato što količine kemikalija u tragovima i dalje ostaju na voću i povrću nakon berbe i mogu imati štetne učinke na one koji ih jedu. Predmeti za kućanstvo, poput sredstava za čišćenje, također se moraju testirati na moguće učinke na okoliš.
Dok se neki testovi mogu izvesti u laboratoriju, druge nuspojave upotrebe kemikalija se ne primjećuju dok se ne zabilježe negativne reakcije. Na primjer, pesticid koji se široko koristi i koji se smatra sigurnim možda će se morati opozvati ako se ljudi razbole. Ovo uključuje još jedno područje kemijske toksikologije koje proučava učinke koje je kemikalija imala na osobu ili okoliš nakon što je učinjena šteta.