Nanotoksikologija je podpodručje toksikologije koje se bavi proučavanjem potencijalno toksičnih učinaka čestica nanorazmjera, ili čestica promjera manjeg od 100 nanometara – za mjerilo, 1 nanometar je jednak 10-6 milimetara. Općenito, toksična svojstva čestica nano razmjera proizlaze iz činjenice da takve čestice imaju vrlo visok omjer površine i volumena. Ovaj visoki omjer površine i volumena čini čestice, koje su često dovoljno male da prodru u stanične membrane, vrlo reaktivne s mnogo različitih kemikalija i tkiva. Neke kemijske reakcije koje uključuju čestice nanorazmjere mogu imati štetne učinke u tijelu. Područje nanotoksikologije bavi se razvrstavanjem stanja koja dovode do toksičnih učinaka i osmišljavanjem načina za njihovo sprječavanje i liječenje.
Jedna od glavnih briga u području nanotoksikologije je utvrđivanje koja svojstva specifičnih čestica nanorazmjere dovode do toksičnih učinaka. Veličina je jedan od glavnih čimbenika koji utječe na toksičnost, budući da manje čestice mogu prodrijeti u tkiva i stanice i stoga mogu utjecati na područja na koja veće čestice ne mogu. Oblik i reaktivnost dane čestice također su vrlo važni za nanotoksikologiju, jer ti čimbenici u određenoj mjeri određuju učinak koji čestice nanorazmjere imaju na okolno tkivo. Različite čestice također mogu imati različite učinke na različite vrste tkiva, pa se vanjski uvjeti moraju uzeti u obzir kada se analizira toksikologija dane čestice.
Drugo važno područje u području nanotoksikologije je transport čestica nanorazmjera kroz tijelo. Takve su čestice toliko male da se mogu apsorbirati kroz gotovo svaki dio tijela. Nakon što dobiju pristup tijelu, obično se ne ograničavaju na neposredno područje apsorpcije. Dovoljno su male da se kreću u krvotok i putuju do mnogih različitih organa u cijelom tijelu, uključujući mozak i bubrege. Razjašnjavanje načina na koji određena čestica na nanosmjeri može ući i putovati kroz tijelo vitalni je cilj polja nanotoksikologije.
Nekoliko različitih procesa koji uključuju čestice nanorazmjere mogu dovesti do potencijalno toksičnih učinaka. Mali broj takvih čestica možda neće, na primjer, imati nikakav zamjetan učinak, ali može doći do bolesti ako se tijekom vremena nakupi mnogo više. To je značajan rizik zbog lakoće s kojom tako male čestice mogu ući u tijelo. Alternativno, vrlo reaktivne čestice mogu uzrokovati oštećenje stanica čak i bez nakupljanja u velikom broju. Istraživači nanotoksikologije nadaju se da će točno odrediti kako čestice nanorazmjere štete organizmima kako bi razvili učinkovitu obranu protiv njih.