Nanotoksikologija yra toksikologijos poskyris, kuris yra susijęs su galimo toksinio nanodalelių arba dalelių, kurių skersmuo mažesnis nei 100 nanometrų, poveikio tyrimais – skalėje 1 nanometras yra lygus 10–6 milimetrams. Apskritai nanomastelio dalelių toksinės savybės atsiranda dėl to, kad tokių dalelių paviršiaus ir tūrio santykis yra labai didelis. Dėl šio didelio paviršiaus ir tūrio santykio dalelės, kurios dažnai yra pakankamai mažos, kad prasiskverbtų pro ląstelių membranas, labai reaguoja su daugeliu skirtingų cheminių medžiagų ir audinių. Kai kurios cheminės reakcijos, kuriose dalyvauja nanodalelės, gali turėti žalingą poveikį organizmui. Nanotoksikologijos sritis yra susijusi su sąlygų, sukeliančių toksinį poveikį, klasifikavimu ir būdų, kaip jų išvengti ir gydyti, kūrimu.
Vienas iš pagrindinių nanotoksikologijos srities rūpesčių yra nustatyti, kurios specifinių nanodalelių savybės sukelia toksinį poveikį. Dydis yra vienas iš pagrindinių veiksnių, turinčių įtakos toksiškumui, nes mažesnės dalelės gali prasiskverbti į audinius ir ląsteles, todėl gali paveikti sritis, kurių didesnės dalelės negali. Tam tikros dalelės forma ir reaktyvumas taip pat yra labai svarbūs nanotoksikologijai, nes šie veiksniai tam tikru mastu lemia nanodalelių poveikį aplinkiniams audiniams. Skirtingos dalelės taip pat gali turėti skirtingą poveikį skirtingų tipų audiniams, todėl analizuojant tam tikros dalelės toksikologiją reikia atsižvelgti į išorines sąlygas.
Kita svarbi sritis nanotoksikologijos srityje yra nanodalelių pernešimas visame kūne. Tokios dalelės yra tokios mažos, kad gali būti absorbuojamos beveik bet kurioje kūno vietoje. Kai jie patenka į kūną, jie neapsiriboja tiesiogine absorbcijos sritimi. Jie yra pakankamai maži, kad patektų į kraują ir nukeliautų į daugybę skirtingų organų visame kūne, įskaitant smegenis ir inkstus. Svarbus nanotoksikologijos srities tikslas yra išsiaiškinti, kokiu būdu tam tikros nanodalelės gali patekti ir keliauti per kūną.
Keletas skirtingų procesų, kuriuose dalyvauja nanomastelio dalelės, gali sukelti potencialiai toksišką poveikį. Pavyzdžiui, nedidelis tokių dalelių skaičius gali neturėti jokio pastebimo poveikio, tačiau jei laikui bėgant jų prisikaups daug daugiau, gali atsirasti liga. Tai yra didelė rizika, nes tokios mažos dalelės gali lengvai patekti į kūną. Arba labai reaktyvios dalelės gali pakenkti ląstelėms net ir nesikaupdamos dideliais kiekiais. Nanotoksikologijos mokslininkai tikisi tiksliai nustatyti, kaip nanodalelės kenkia organizmams, kad sukurtų veiksmingą apsaugą nuo jų.