Vegyi anyagok sorsát a környezetben alapvetően kémiai szerkezetük szabja meg. Például az UV sugárzás következményei, az illékonyság, a vízoldhatóság, a hidrolízisre vagy az oxidációra való hajlam megszabja azt, hogy a környezeti elem melyik fázisába kerül a vegyi anyag, ott milyen a kémiai formája és mekkora az élettartama.
Gyakori, hogy a vegyi anyag, a xenobiotikum térbeli szerkezete, mérete és alakja egyezik valamely természetes anyagéval, emiatt bekerülhet a szennyezett területen élő ökoszisztématagok normál anyagcseréje által az elemkörforgásba. Ennek eredménye maga a toxikus hatás is, amikor a szennyezőanyag receptorokhoz, aktív helyekhez kötődve károsítja, tönkreteszi az organizmus anyagcseréjét. Szerencsés esetben olyan biológiai átalakulásokon megy keresztül, melyek során hatástalan anyaggá transzformálódik, biodegradálódik vagy teljesen mineralizálódik, elveszítve toxikus hatását.
A biológiai átalakulás szerves szennyezőanyagok esetén az adott környezet tulajdonságaitól függően sokféle úton mehet végbe. A biodegradáció energiatermelés közben CO2 és víz keletkezését jelenti, a bioakkumuláció főleg a lipofil szerves anyagoknál jelentős. A lipofilitást és a bioakkumulációra való hajlamot a szerves anyagok oktanol-víz megoszlási hányadosával (Kow) jellemezhetjük. A biotranszformáció biológiai átalakítást jelent. A szerves szennyezőanyag biológiai átalakítása eredményezhet mind csökkent, mind megnövekedett toxicitású terméket.
A vegyi anyag környezeti sorsa és terjedése során felmerülő legfontosabb folyamatok (a teljesség igénye nélkül) az alábbiak:
- terjedés,
- fizikai fázisok közötti megoszlás (párolgás-lecsapódás, oldódás-kicsapódás, stb.),
- fotodegradáció, hidrolízis, biodegradáció
- kémiai átalakulás, oxidáció, redukció, metilezés, deaminálás, stb.
- biológiai átalakulások, biológiai kioldás, kicsapás és metabolizálás
- akkumuláció, bioakkumuláció, biomagnifikáció.