Beim Menschen kann eine akute Vergiftung zu Chlorakne, Übelkeit mit Erbrechen und Reizungen der oberen Atemwege, peripheren Neuropathien, Störungen des Fettstoffwechsels und Leberschäden führen (Nau et al., 2003). Derartige Vergiftungen wurden bei Chemieunfällen, wie im Jahr 1976 in Seveso in Italien, oder bei berufsbedingten Expositionen von Arbeitern in Chemiefabriken berichtet
Dioxine und dioxinähnliche PCBs kommen in so genannten Kongeneren vor: Darunter versteht man Gruppen chemischer Verbindungen, die untereinander hinsichtlich ihrer Funktion, ihrer Struktur, ihrer Herkunft oder ihrer sonstigen Eigenschaften ähnlich, aber nicht zwingend identisch sind. So ist jedes Kongener der Dioxine und dioxinähnliche PCBs in unterschiedlichem Maße toxisch. Um die Toxizität dieser unterschiedlichen Verbindungen aufsummieren zu können und um Risikobewertungen und Kontrollmaßnahmen zu erleichtern, hat die Weltgesundheitsorganisation das Konzept der Toxizitätsäquivalenzfaktoren (TEF) eingeführt. Das giftigste Dioxin 2,3,7,8-Tetrachlordibenzodioxin (2,3,7,8-TCDD), das so genannte Seveso-Dioxin, hat einen TEF von 1, ein weniger giftiges z. B. 0,5. Sämtliche Kongenere, die in der Analyse gefunden werden, werden mit ihrem jeweiligen TEF multipliziert und anschließend addiert.
Als chronische Wirkungen von Dioxinen wurden in Tierversuchen Beeinträchtigungen des Immunsystems, des Nervensystems, des Hormonhaushalts und der Reproduktionsfunktionen beobachtet. Eine chronische Exposition gegenüber Dioxinen hat bei Tieren zu verschiedenen Krebsarten geführt. Untersuchungen zur Genotoxizität haben gezeigt, dass Dioxine kein erbgutveränderndes (mutagenes) Potential besitzen. Aufgrund dieser Tatsache werden Dioxine und dioxinähnliche PCBs der Gruppe der Tumorpromotoren zugeordnet. Tumorpromotoren beschleunigen die Entwicklung von Tumoren aus vorgeschädigten Zellen, sind aber selbst nicht in der Lage, durch DNA-Schädigungen die Tumorentstehung auszulösen.
Die Europäische Lebensmittelsicherheitsbehörde (EFSA) hat im November 2018 eine neue tolerierbare wöchentliche Aufnahmemenge (TWI) für Dioxine und dioxinähnliche PCBs abgeleitet. Diese umfassende Risikobewertung basiert auf aktuellen wissenschaftlichen Studien und Erkenntnissen. Dabei wurde der TWI-Wert von 14 pg WHO-TEQ/kg Körpergewicht und Woche auf 2 pg WHO-TEQ/kg Körpergewicht und Woche abgesenkt. Bei lebenslanger Aufnahme von Dioxinen und dioxinähnlichen PCBs in einer Menge von 2 pg WHO-TEQ/kg Körpergewicht und Woche ist mit keinen negativen Wirkungen für den Menschen zu rechnen.
Die EFSA hat in ihre Risikobewertung aktuelle Studien einbezogen, die bei früheren Bewertungen noch nicht verfügbar waren. Als kritischen Effekt hat die EFSA die niedrigere Spermienkonzentration bei Männern als Folge einer höheren Exposition bereits im Mutterleib und nach der Geburt identifiziert. Weiters wurden negative Wirkung auf die Schilddrüsenhormone bei Neugeborenen und eine Verschiebung des Geschlechterverhältnisses festgestellt. Bei Kindern wurden des Weiteren eine reduzierte Zahnanzahl und eine verringerte Mineralisierung des Zahnschmelzes beobachtet.
Für weitere negative Wirkungen ist die Beweislage noch nicht ganz geklärt. Aber es gibt Hinweise, dass ein Zusammenhang mit Diabetes Typ 2 und Fettleibigkeit, erhöhter Sterblichkeit durch Herzkreislauferkrankungen, Effekten auf das Immunsystem, Nervensystem und die weibliche Fortpflanzungsfähigkeit bestehen könnte.
In Nagetieren wurden als Effekte die Entstehung von Tumoren in verschiedenen Organen, wie Haut, Eierstöcke und Leber, verringerte Spermienproduktion, ein verspäteter Beginn der Pubertät und Veränderungen bei den Knochen festgestellt.