废水中能对生物引起毒性反应的物质，称为有毒污染物，简称为毒物。工业上使用的有毒化学物已经超过12000种，而且以每年500种的速度递增。毒物可引起生物急性中毒或慢性中毒，其毒性的大小与毒物的种类、浓度、作用时间、环境条件(温度、pH值、溶解氧浓度等)、有机体的种类及健康状况等因素有关。大有毒污染物量有毒物质排入水体，不仅危及鱼类等水生生物的生存，而且许多有毒物质能在食物链中逐级转移、浓缩，最后进入人体，危害人的健康。
废水中的毒物可分为无机毒物、有机毒物和放射性物质等3类。
1.无机毒物：包括金属和非金属两类。金属毒物主要为重金属(汞、镉、镍、锌、铜、锰、钴、钛、钒等)及轻金属铍。非金属毒物有砷、硒、氰化物、氟化物、硫化物、亚硝酸盐等。砷、硒因其危害特性与重金属相近，故在环境科学中常将其列入重金属范畴。重金属不能被生物所降解，其毒性以离子态存在时最为严重，故常称其为重金属离子毒物。重金属能被生物富集于体内，有时还可被生物转化为毒性更大的物质(如无机汞被转化为烷基汞)，是危害特别大的一类污染物。
2.有机毒物：这类毒物大多是人工合成有机物，难以被生化降解，毒性很大。在环境污染中具有重要意义的有机毒物包括有机农药、多氯联苯、稠环芳香烃、芳香胺类、杂环化合物、酚类、腈类等。许多有机毒物因其“三致效应”（致畸、致突变、致癌)和蓄积作用而引起人们格外的关注。以有机氯农药为例，首先其具有很强的化学稳定性，在自然环境中的半衰期为十几年到几十年；其次它们都可通过食物链在人体内富集，危害人体健康。如DDT能蓄积于鱼脂中，浓度是水体中的12500倍。
3.放射性物质：放射性是指原子核衰变而释放射线的物质属性。废水中的放射性物质主要来自铀、镭等放射性金属的生产和使用过程，如核试验、核燃料再处理、原料冶炼厂等。其浓度一般较低，主要会引起慢性辐射和后期效应，如诱发癌症，对孕妇和婴儿产生损伤，引起遗传性伤害等。