Keemiline toksikoloogia uurib kemikaalide mõju elusorganismidele. See võib hõlmata meditsiinivaldkonnas, põllumajanduses ja eluslooduse uurimisel kasutatavaid kemikaale. Keemilise toksikoloogia uuringute eesmärk on leida teatud kemikaalide või toksiinide allaneelamisel tekkivaid kõrvalmõjusid, viise kemikaalide tuvastamiseks kehas ja viise, kuidas ravida mürgistusi nende ilmnemisel. See võib olla kasulik uute toodete või ravimite väljatöötamisel, mis hõlmavad erinevate keemiliste ühendite kasutamist, aidates teadlastel kindlaks teha, millised ühendid on inimestele ohutud.
Keemilise toksikoloogia kasutamine meditsiinivaldkonnas puudutab kõige sagedamini toksiinidega kokkupuute ravi ning uute ravimite ja raviviiside väljatöötamist. Enamik traditsioonilises meditsiinis kasutatavaid ravimeid hõlmab mitme keemilise ühendi kasutamist. Nendel kemikaalidel on kehale otsene mõju, mille tulemuseks on haiguse taandumine või sümptomite leevendamine. Enne nende ühendite kasutamist või lisamist olemasolevatele kemikaalidele, mis on teadaolevalt ohutud, peavad need olema põhjalikult testitud ja vastava asutuse poolt heaks kiidetud. Ravimite ohutuse kontrollimiseks tehakse kliinilisi uuringuid tavaliselt tasustatud vabatahtlikega, kes nõustuvad ravimit teatud aja jooksul võtma.
Mürgistuse vastumürgi määramiseks võib kasutada samu meetodeid, kuna sageli on ühte kemikaali vaja teise neutraliseerimiseks. Arstid võivad testida ka inimesi, kellel on pärast surma mürgistusnähud, et teha kindlaks, millised toksiinid on süüdi ja milline on nende täpne mõju kehale. Seda tehakse teadaolevate toksiinide testimise ja nende kitsendamise ning eluohtlike kahjustuste märkimiseks organite ja muude süsteemide põhjaliku kontrollimise teel.
Keemilist toksikoloogiat kasutatakse ka põllumajandus- ja keskkonnakaitsetööstuses. Katsed tuleb lõpule viia põllukultuuride kasvatamisel pestitsiididena kasutatavate kemikaalide ja tavalistes majapidamistes kasutatavate kemikaalidega. Selle põhjuseks on asjaolu, et pärast saagikoristust jääb puu- ja köögiviljadele endiselt vähesel määral kemikaale, mis võivad neid sööjatele kahjustada. Majapidamistarbeid, nagu puhastusvahendeid, tuleb samuti testida võimalike mõjude suhtes keskkonnale.
Kuigi mõningaid katseid saab teha laboris, ei täheldata muid kemikaalide kasutamise kõrvalmõjusid enne, kui on täheldatud negatiivseid reaktsioone. Näiteks laialdaselt kasutatav ja ohutuks peetud pestitsiid tuleb võib-olla tagasi kutsuda, kui inimesed haigestuvad. See hõlmab teist keemilise toksikoloogia valdkonda, mis uurib kemikaali mõju inimesele või keskkonnale pärast kahju tekitamist.