I neonicotinoidi persistono – in particolare nel suolo – per mesi o in alcuni casi per anni e le concentrazioni ambientali possono accumularsi. Questo aumenta efficacemente la loro tossicità prolungando la durata di esposizione anche delle specie non bersaglio.
I metaboliti dei neonicotinoidi (i composti in cui si decompongono) sono spesso altrettanto o addirittura ancora più tossici dei loro principi attivi.
Le misurazioni classiche utilizzate per valutare la tossicità di un pesticida (risultati di laboratorio sulla tossicità a breve termine) non sono efficaci per i pesticidi sistemici e non ne evidenziano l’impatto effettivo. Esse infatti misurano in genere solamente gli effetti acuti diretti piuttosto che quelli cronici attraverso molteplici vie di esposizione. Nel caso degli effetti acuti, alcuni neonicotinoidi sono circa dalle 5.000 alle 10.000 volte più tossici per le api del DDT.
Gli effetti dell’esposizione ai neonicotinoidi possono essere sia immediati e letali che cronici. Anche l’esposizione a lungo termine a livelli bassi (non letali) può essere dannosa. Sono veleni nervini e i danni cronici causati possono includere: alterazione del senso dell’olfatto o della memoria, fecondità ridotta, alterazioni del comportamento alimentare con ridotta assunzione di cibo e ridotta attività di foraggiamento nelle api, alterazione del processo di tunneling nei lombrichi, difficoltà di volo negli uccelli e una maggiore suscettibilità alle malattie.