A vegyi anyagok biológiai hatását közvetlenül mérhetjük biológiai szervezeteken úgy, hogy a biológiai szervezetet kitesszük a vegyi anyag hatásának.  A vegyi anyag bekerülhet az élő szervezetbe belégzéssel vagy a vízzel és táplálékkal vagy felszívódhat a bőrön keresztül.

A vegyi anyagok hatásának tanulmányozására  olyan tesztmódszereket fejlesztettek ki, melyekben standard és jól reprodukálható körülmények között hat a vegyi anyag az organizmusra. Magának az organizmusnak is állandónak és reprodukálhatónak kell lennie.

Biológiai módszerekkel vizsgálhatjuk például a növényvédő-szerek hatásáta célszervezetekre (amit el szeretnénk pusztítani a védendő növények érdekében) vagy a nem célszervezetekre (amiket meg szeretnénk védeni a peszticidek mellékhatásaitól), például méhekre, halakra, madarakra.

Biológiai módszerekkel mérhetjük az állatgyógyszerek hatását az állatokra vagy az ember-gyógyszereket a klinikai kísérletekben a beteg és egészséges emberekre.

A vegyi anyagokat nem tesztelik közvetlenül embereken és a gyógyszereket is csak az utolsó fázisban. A toxikológusok és farmakológusok leggyakrabban patkányokon kísérleteznek és a patkányokon mért toxicitás-eredményekből következtetnek (extrapolálnak) az emberre gyakorolt hatásra. Ezeket a módszereket a toxikológiai tesztek címszó alatt találhatjuk meg.

Ha a vegyi anyagok hatását az ökoszisztémára általában szeretnénk kimérni, akkor több reprezentáns tesztorganizmuson mérünk és azokkal kapott eredmény alapján számítjuk ki (extrapolációval) a teljes ökoszisztémára. Ezeket a módszereket az ökotoxikológiai tesztek címszó alatt találjuk meg részletesen.