Zehirli metaller, çoğu diğer zehirli maddenin yaptığı gibi, belirli metabolik yollarda (örneğin solunum tepkimelerinde) anahtar nitelik taşıyan moleküllerin yerini alarak, o yolun ilerlemesini engelliyor. Bazen de, hücrelerin yapısını bozabiliyorlar. Ancak çoğu zehirli metalin, belirli bir hedef bölgesi ya da molekülü var.
Örneğin bazıları sinir hücreleri, bazıları enzimler, bazıları DNA, bazılarıysa mitokondri gibi organeller üzerinde etki gösteriyor. Hücre ya da doku seviyesinde gösterdikleri etkiler de, zehir etkisinin ne şekilde ve ne sürede ortaya çıkacağını belirliyor.
Ağır metaller başta olmak üzere, çoğu metalin zehir etkisi var. Hatta metal olmayan ve yaşamımız için vazgeçilmez bir element olan oksijenin bile. En zehirli metaller arasında ilk akla gelenlerse: arsenik, kadmiyum, alüminyum, krom, bakır, kurşun, cıva, gümüş, kalay ve selenyum.
Bunların her birinin zehirleme mekanizmasıysa, metalin kendi özelliklerine göre farklılık gösterebiliyor. Ancak genel olarak tüm metaller, birden fazla organ ve sistemi etkiliyor. Örneğin cıva ve arsenik, sülfidril grubu içeren enzimlerine etki ediyor. Cıva aynı zamanda merkezi sinir sistemi üzerinde de son derece etkili. Kadmiyum da, böbreklerde, testislerde, karaciğerde ve akciğerlerde etki gösteriyor. Ayrıca ağır metallerin zehir etkisi, taşıdıkları yüke ve çözünürlük (suda ya da yağda) derecelerine göre de değişiyor.