Dioksini i rak izravno su povezani kada dođe do visoke razine izloženosti. Državne agencije koje proučavaju i reguliraju zdravstvene rizike od kemikalija nadogradile su vezu između dioksina i raka klasificirajući dioksine kao poznate ljudske karcinogene. Izloženost visokim razinama dioksina može uzrokovati rak limfnog sustava, dojke, žučnog mjehura i krvi te sarkoma mekog tkiva. Veza između dioksina i raka pri niskim razinama izloženosti nije znanstveno utvrđena.
Stotine dioksina postoje u okolišu, a nastaju putem kemijskih spojeva na bazi klora koji kontaminiraju zrak, vodu i tlo. Vrsta koju smatraju najtoksičnijom i koju proučavaju dioksini i istraživači raka poznata je kao tetraklorodibenzo-para-dioksin (TCDD). Veze između svih ostalih oblika dioksina i raka ispituju se u odnosu na poznate toksične učinke TCDD.
Dioksini nastaju spaljivanjem otpada na odlagalištima i procesima rafiniranja i taljenja u postrojenjima za proizvodnju metala. Proces izbjeljivanja koji se koristi u industriji papira i celuloze također proizvodi dioksine. Te kemikalije postoje u dimu cigareta, pesticidima, herbicidima i konzervansima za drvo. Većina ljudi izloženosti dioksinima dolazi od konzumiranja hrane kontaminirane tom kemikalijom.
Meso sadrži najviše dioksina, koji se najčešće nalaze u govedini, a zatim u piletini, svinjetini i masnoj ribi. Mliječni proizvodi kao što su sir, maslac, mlijeko, jaja i sladoled također mogu biti zaprljani dioksinima. Ljudi koji žive u blizini rafinerija, tvornica papira ili općinskih deponija mogu udisati zrak kontaminiran kemikalijom.
Jedna od najpoznatijih studija o dioksinima i raku ispitivala je upotrebu Agent Orangea od strane američke vojske u jugoistočnoj Aziji tijekom Vijetnamskog rata. Ogromna prostranstva džungle poprskana su herbicidom kako bi se ubile biljke koje su skrivale neprijateljske trupe. Vijetnamski veterani izloženi visokim razinama TCDD-a u Agent Orangeu pokazali su veću stopu raka i drugih zdravstvenih poremećaja.
Znanstvenici vjeruju da TCDD potiče rast i širenje tumora kroz biokemijsku promjenu stanica. Ove su studije otkrile povećanu stopu raka na razinama koje su se prije smatrale netoksičnim. Druga studija pronašla je slične rezultate pri uporabi herbicida.
Stanovnici izloženi TCDD-u u Sevesu u Italiji, kada je eksplodirala biljka herbicida 1976. godine, kasnije su razvili razne vrste raka. Istraživači su ispitali udaljenost od eksplozije i razine dioksina pronađenih u tlu i vodi kako bi procijenili vezu između dioksina i raka. Usporedili su stope raka 10 godina nakon nesreće s područjima koja su izbjegla kontaminaciju, jer raku obično treba toliko ili više da se razvije.
Dioksini također postoje u plastici od polivinil klorida (PVC) i mogu biti prisutni u nekim plastičnim spremnicima za hranu. Zdravstveni stručnjaci savjetuju da se plastične posude dizajnirane za jednokratnu upotrebu, kao što su kadice s margarinom, ne koriste ponovno u mikrovalnoj pećnici. Toplina može otpustiti dioksine u hranu. Plastični omot za hranu koji se koristi u mikrovalnim pećnicama trebao bi biti posebno napravljen za tu upotrebu, a tanku plastiku treba izbjegavati, poput plastičnih vrećica za namirnice.