Nanotoksikologia on toksikologian osa-alue, joka koskee nanomittakaavojen tai alle 100 nanometrin hiukkasten mahdollisesti myrkyllisten vaikutusten tutkimista-mittakaavassa 1 nanometri on 10-6 millimetriä. Yleensä nanomittakaarten myrkylliset ominaisuudet johtuvat siitä, että tällaisilla hiukkasilla on erittäin suuri pinta-tilavuus-suhde. Tämä suuri pinta-tilavuus-suhde tekee hiukkasista, jotka ovat usein riittävän pieniä tunkeutumaan solukalvoihin, erittäin reaktiivisia monien eri kemikaalien ja kudosten kanssa. Joillakin kemiallisilla reaktioilla, joihin liittyy nanomittakaavan hiukkasia, voi olla haitallisia vaikutuksia kehossa. Nanotoksikologian alalla on kyse myrkyllisiin vaikutuksiin johtavien olosuhteiden luokittelusta ja keinojen ehkäisystä ja hoidosta.
Yksi nanotoksikologian alan tärkeimmistä huolenaiheista on määrittää, mitkä tiettyjen nanomittakaavan hiukkasten ominaisuudet johtavat myrkyllisiin vaikutuksiin. Koko on yksi tärkeimmistä myrkyllisyyteen vaikuttavista tekijöistä, koska pienemmät hiukkaset pystyvät tunkeutumaan kudoksiin ja soluihin ja voivat siten vaikuttaa alueisiin, joihin suuret hiukkaset eivät pysty. Tietyn hiukkasen muoto ja reaktiivisuus ovat myös erittäin tärkeitä nanotoksikologialle, koska nämä tekijät määräävät jossain määrin nanokokoisten hiukkasten vaikutuksen ympäröivään kudokseen. Eri hiukkasilla voi myös olla erilaisia vaikutuksia erityyppisiin kudoksiin, joten ulkoiset olosuhteet on otettava huomioon tietyn hiukkasen toksikologiaa analysoitaessa.
Toinen tärkeä ala nanotoksikologian alalla on nanomittakaavojen hiukkasten kuljettaminen ympäri kehoa. Tällaiset hiukkaset ovat niin pieniä, että ne voivat imeytyä lähes mihin tahansa kehon osaan. Kun he pääsevät kehoon, ne eivät yleensä rajoitu välittömään imeytymisalueeseen. Ne ovat riittävän pieniä siirtyäkseen verenkiertoon ja matkustamaan moniin eri elimiin koko kehossa, mukaan lukien aivot ja munuaiset. Nanotoksikologian keskeinen tavoite on selvittää tapa, jolla tietty nanomittakaavan hiukkanen voi päästä ja kulkea kehon läpi.
Useat erilaiset prosessit, joihin liittyy nanomittakaavan hiukkasia, voivat johtaa mahdollisesti myrkyllisiin vaikutuksiin. Pienellä määrällä tällaisia hiukkasia ei ehkä ole esimerkiksi havaittavaa vaikutusta, mutta sairaus voi ilmetä, jos niitä kertyy enemmän ajan myötä. Tämä on merkittävä riski, koska pienet hiukkaset voivat helposti päästä kehoon. Vaihtoehtoisesti erittäin reaktiiviset hiukkaset voivat vahingoittaa soluja jopa kertymättä suuria määriä. Nanotoksikologian tutkijat toivovat voivansa määrittää tarkasti kuinka nanomittakaavan hiukkaset vahingoittavat organismeja kehittääkseen tehokkaan puolustuksen niitä vastaan.