Kemiallinen toksikologia on tutkimus kemikaalien vaikutuksista eläviin organismeihin. Tämä voi sisältää kemikaaleja, joita käytetään lääketieteen alalla, maataloudessa ja villieläinten tutkimuksessa. Kemiallisten toksikologisten tutkimusten tavoitteena on löytää tiettyjen kemikaalien tai toksiinien sivuvaikutuksia nieltynä, tapoja havaita kemikaaleja kehossa ja tapoja hoitaa myrkytyksiä niiden ilmetessä. Tästä voi olla hyötyä, kun kehitetään uusia tuotteita tai lääkkeitä, joissa käytetään erilaisia kemiallisia yhdisteitä, auttamalla tutkijoita määrittämään, mitkä yhdisteet ovat turvallisia ihmisille.
Kemiallisen toksikologian käyttö lääketieteen alalla koskee useimmiten toksiinialtistuksen hoitoa ja uusien lääkkeiden ja hoitojen kehittämistä. Useimmat perinteisessä lääketieteessä käytetyt lääkkeet sisältävät useiden kemiallisten yhdisteiden käytön. Näillä kemikaaleilla on suora vaikutus kehoon, mikä johtaa sairauden kääntymiseen tai oireiden lievitykseen. Ennen kuin näitä yhdisteitä voidaan käyttää tai lisätä olemassa oleviin kemikaaleihin, joiden tiedetään olevan turvallisia, ne on testattava ja hyväksyttävä asianmukaisesti. Lääkkeiden turvallisuuden testaamiseksi kliiniset tutkimukset suoritetaan yleensä käyttämällä maksettuja vapaaehtoisia, jotka suostuvat ottamaan lääkkeen tietyn ajan.
Samaa menetelmää voidaan käyttää myrkytyksen vasta -aineen määrittämiseen, koska yhtä kemikaalia tarvitaan usein toisen neutraloimiseksi. Lääkärit voivat myös suorittaa testejä henkilöille, joilla on kuoleman jälkeen myrkytyksen merkkejä, määrittääkseen, mitkä toksiinit ovat syyllisiä ja mitä vaikutuksia niillä oli kehoon. Tämä tehdään suorittamalla testejä tunnetuille toksiineille ja kaventamalla niitä sekä katsomalla perusteellisesti elimiä ja muita järjestelmiä hengenvaarallisten vaurioiden havaitsemiseksi.
Kemiallista toksikologiaa käytetään myös maatalous- ja ympäristönsuojeluteollisuudessa. Testit on suoritettava kemikaaleilla, joita käytetään torjunta -aineina viljelykasveissa, ja kemikaaleilla, joita voidaan käyttää yleisiin kotitaloustarkoituksiin. Tämä johtuu siitä, että hedelmissä ja vihanneksissa on vielä pieniä määriä kemikaaleja sadonkorjuun jälkeen ja ne voivat aiheuttaa haitallisia vaikutuksia niitä syöville. Kotitalousesineet, kuten puhdistusaineet, on myös testattava mahdollisten ympäristövaikutusten varalta.
Vaikka jotkut testit voidaan suorittaa laboratoriossa, muita kemikaalien käytön sivuvaikutuksia ei havaita ennen kuin negatiiviset reaktiot on havaittu. Esimerkiksi laajalti käytetty ja turvalliseksi pidetty torjunta -aine on ehkä palautettava, jos ihmiset sairastuvat. Tämä koskee toista kemiallisen toksikologian aluetta, joka tutkii kemikaalin vaikutuksia ihmiseen tai ympäristöön vaurion jälkeen.