环境毒理学的研究对象主要是对各种生物，特别是对人体产生危害的各种环境污染物（environmental pollutant）。环境污染物大致可划分为以下三大类：
（1）化学类：以人类的生产和生活活动所产生的化学性污染物为主要研究对象。这些化学物不是人体内部固有的，是正常代谢以外的外来生物活性物质，称其为外源性化学物（xenobiotics，简称XB），又称外来化学物或外来化合物。以区别于代谢过程中形成的产物或中间产物——内源性化学物。外源性化学物并非人体组成成分，也不是人体所需的营养素，更不是维持正常生理功能所必需的物质，但是它们可以由外界环境通过一定的环节和途径与机体接触并进入机体，在体内引起一定的生物学变化，使机体受到损害。外源性化学物的范围比较广泛，如农用化学品、工业化学品、药物、食品添加剂、霉菌毒素以及化学致癌物等都属于外源性化学物。
（2）物理类：微波辐射、放射性物质（CT、X射线、电器的电磁辐射场等）和噪声等。
（3）生物类：病菌和病毒等。