A diferencia de otros pesticidas que permanecen en la superficie del follaje tratado, los pesticidas sistémicos son absorbidos por la planta y transportados a todos los tejidos (hojas, flores, raíces y tallos, así como polen y néctar).

Los más comunes son los neonicotinoides y el fipronil, un tipo de insecticidas sistémicos neuroactivos con base de nicotina. Fueron desarrollados en 1991 y su uso comercial empezó a mediados de los años 90.

Los productos que contienen neonicotinoides pueden aplicarse a la raíz (en semillas tratadas o empapando el suelo) o fumigarse sobre el cultivo. La toxina insecticida permanece activa en el suelo o en la planta durante varios meses (o años), protegiendo el cultivo durante toda la temporada.

Los neonicotinoides actúan sobre las capacidades de procesamiento de información de los invertebrados y afectan rutas neuronales específicas que difieren de las de los vertebrados, lo que los hace populares como insecticidas de amplio espectro, puesto que se considera que son menos tóxicos de modo directo para las especies vertebradas, incluidos los humanos.

Estos insecticidas sistémicos se han convertido en el grupo más empleado en todo el mundo, con una cuota de mercado estimada en torno a un 40 % del mercado mundial. Entre los compuestos comunes se encuentra el acetamiprid, la clotianidina, el dinotefuran, el imidacloprid, el nitenpiram, la nitiacina, el tiacloprid, el tiametoxam y el fipronil, con unas ventas mundiales en 2011 de más de 2,63 mil millones de dólares americanos.

El mercado de los tratamientos de semillas se expande aún más rápidamente, pasando de 155 millones de euros en los años 90 a 957 millones en 2008, cuando los neonicotinoides comprendían el 80 % de las ventas mundiales en tratamiento de semillas.

Los neonicotinoides siguen siendo tóxicos incluso en dosis muy pequeñas. Son muy persistentes en el suelo y en el agua, permaneciendo allí varios meses de media, lo que provoca la exposición crónica y prolongada de organismos a los que no están dirigidos (organismos no diana), como los invertebrados. Al ser relativamente solubles en agua, se introducen fácilmente en hábitats acuáticos. La creciente inquietud sobre su relación con el despoblamiento de colonias de abejas ha conducido a restricciones de su uso en los países de la UE. La preocupación sobre su impacto en especies no diana, incluidas las aves, ha aumentado durante los últimos cinco años.