پاراسلسیوس (1541-1493) قانون پایه سم شناسی را اینگونه تعریف نمود "همه مواد سمی اند؛ هیچ ماده سمی وجود ندارد. دوز ماده (dose) است که سمی بودن یا خاصیت درمانی آن را تعیین می کند". اگرارتباط بین دوزماده و تأثیرات بیولوژیکی مواد رادرنظربگیریم، افزایش غلظت ماده باعث افزایش تأثیرات منفی بیولوژیکی می شود که ممکن است منجر به اختلال در عملکردهای بیولوژیکی و در نهایت مرگ شود. بدیهی است که کاهش غلظت عناصر غیر ضروری سودمند است. درمورد وضعیت عناصر ضروری این بحث متفاوت است. تأثیرات منفی بیولوژیکی هم با افزایش و هم با کاهش غلظت افزایش می یابد. این امر ممکن است به اختلال در عملکردهای بیولوژیکی در هر دو مورد منجر شود. بنابراین مقدار زیاد و مقدار کم هر دو زیان آورند. همه عناصر در طبیعت موجود و بیشتر آنها ضروری هستند. اما کدام عناصر برای انسان ها و جانوران ضروری اند؟ همان طور که در بالای مطلب نیز ذکر کردیم عناصر ضروری عمده برای انسان ها و جانوران کلسیم، کلر، منیزیم، فسفر، پتاسیم، سدیم و سولفور است. عناصر دیگر که به مقدار کمتری لازمند شامل کروم، کبالت، مس، فلوراید، ید، آهن، منگنز، مولیبدنیم، سلنیم و روی می باشد. عناصری که نقش بیولوژیکی شناخته شده ای ندارند جزء عناصر غیرضروری و اغلب مضرند مانند: کادمیم، آرسنیک، جیوه، و سرب. عناصر بسیاری از قبیل آرسنیک، بور، کروم، مس، فلوراید، مولیبدنیم، نیکل و روی در سمی بودن محیط زیست دخالت دارند. اگرچه ارزیابی خطرات و تأثیرات مضر عناصر امکان پذیر نیست ولی بدیهی است که برخی از آنها مانند سرب، جیوه، و کادمیم خطر بیشتری را نسبت به بقیه ایجاد می کنند. این عناصر خود گروهی را تشکیل می دهند که بسیار مورد توجه دانشمندان است. وجود عناصر در سیستم بیولوژیکی فلزات همیشه وجود دارند و بر انسان ها و جانوران تاثیر می گذارند. درصد کل فلزات در واسطه های طبیعی مانند خاک نمی تواند راهنمای مناسبی جهت شناسایی خطرات زیست محیطی باشد زیرا دسترسی به فلزات مختلف، متفاوت است. ارزیابی های معمول زیست محیطی نشان داده که فلزات از لحاظ زیستی در دسترس هستند و قابلیت جذب شدن دارند. شواهد نشان می دهد که بسیاری از فلزات موجود در خاک انحلال ناپذیرند و جذب گیاهان نمی شوند. دسترس پذیری، جابجایی و سمیت فلزات نه تنها به حالات فیزیکی و شیمیایی فلز بستگی دارد بلکه به فاکتورهای محلی موجود در محیط نیز وابسته است برای مثال، pH فاکتور تعیین کننده مهمی در دسترسی به فلزات موجود در خاک است. دسترس پذیری و جابجایی فلزاتی مانند روی، سرب، و کادمیم تحت شرایط اسیدی بسیار افزایش می یابد در حالیکه افزایش pH باعث کاهش دسترسی به آنها می شود. نوع خاک مثلا رسی یا ماسه ای و ویژگی های فیزیکی آن بر جابجایی فلزات در خاک تأثیر می گذارد. همچنین جانداران موجود در خاک بر انحلال پذیری، جابجایی و دسترس پذیری فلزات اثر گذارند. سمیت فلزات نیز به پارامترهای ویژه ای از قبیل حالت شیمیایی، گونه های مولکولی، اتمی و یونی، لیگاند، ظرفیت بافر و ظرفیت تبادلات یونی وابسته است برای مثال ترکیبات آلی جیوه و سرب سمی تر از فرم های غیرآلی هستند. وضعیت اکسایش نیز بر درجه سمیت مؤثر است مثلا کروم با ظرفیت 6 سمی تر از کروم با ظرفیت 3 است.
