Für die Bewertung des toxikologischen Risikos eines Umweltstoffes ist zunächst wichtig zu wissen, welche schädlichen Effekte der betreffende Stoff auf eine Zelle, ein Gewebe oder ein Organ ausüben kann (s. Kapitel 4). Dann kann experimentell (im Reagenzglas, in Zellkulturen oder in Tierversuchen) die Abhängigkeit der Wirkung von der Dosis bzw. der Konzentration dieses Stoffes am Wirkort ermittelt werden. Meist gilt: Je höher die Dosis, desto stärker die Wirkung und je niedriger die Dosis, desto schwächer die Wirkung.
Oftmals kann eine Wirkschwelle (auch Schwellenwert genannt) ermittelt werden. Diese bezeichnet diejenige Konzentration, unterhalb der keine Wirkung mehr eintritt (NOAEL = No observable adverse effect level). Die Wirkschwelle gilt streng genommen nur für die betrachtete Versuchsanordnung. Zur Übertragung auf den Menschen werden sogenannte Sicherheitsfaktoren (eigentlich: Unsicherheitsfaktoren) herangezogen, die z. B. Unterschiede zwischen Tier und Mensch sowie individuelle Unterschiede zwischen einzelnen Menschen berücksichtigen sollen. Auch die Zufuhrhäufigkeit (akut, chronisch) spielt eine Rolle. Auf diese Weise wird eine Dosis ermittelt, die unter den gegebenen Bedingungen für den Menschen unschädlich ist. Sie ist die Basis für entsprechende Grenzwerte, z. B. für Stoffe im Trinkwasser, in Lebensmitteln und Bedarfsgegenständen.
Daneben gibt es Stoffe ohne Wirkschwelle, d. h. jede kleinste Dosis kann möglicherweise eine Wirkung erzeugen. Das gilt z. B. für kanzerogene Stoffe. An die Stelle einer deterministischen“ Dosis-Wirkungs-Beziehung tritt hier eine “stochastische“ Dosis-Wahrscheinlichkeits-Beziehung. Anders ausgedrückt: Je niedriger die Dosis, desto geringer die Wahrscheinlichkeit für eine schädliche Wirkung und umgekehrt.
Am Modellfall der (unumkehrbaren) Inaktivierung eines Enzyms durch einen von außen anflutenden Umweltstoff wird gezeigt, wie dieser Umweltstoff nach Überschreiten der Wirkschwelle zu einem Umweltschadstoff wird.
Ferner wird deutlich, dass die Zelle durch Neusynthese von Enzymmolekülen der Schädigung entgegenwirken kann, dass diese also reversibel sein kann.