杀虫剂毒理学又称昆虫毒理学，为研究杀虫剂对昆虫毒杀机制及昆虫对杀虫剂反应的一门科学。本学科随杀虫剂种类的增多与使用范围的扩大而发展迅速。目前，正着重研究杀虫剂于生物体内之分布、代谢、迁移、转化与消长等规律。近十余年，由毒理学向环境科学渗透又发展了一门新兴的环境毒理学。杀虫剂环境毒理学从传统毒理学出发研究杀虫剂污染环境后对人、家畜以至野生动、植物之毒理作用。杀虫剂环境毒理学虽与杀虫剂毒理学同属毒理学范畴，但研究的对象与角度有所不同。

目前杀虫剂毒理学研究已广泛采用生理学、生物化学、组织化学、病理生理学与遗传学等学科的先进技术; 杀虫剂抗性及其作用机理等研究已深入至分子水平，杀虫剂毒理学研究主要包括以下6个方面。

剂量-反应关系 对杀虫剂毒理作用的定量研究，首先需进行毒力测定。杀虫剂毒力一般均以可引起一定反应所需的剂量来衡量。半数致死量(LD50)、半数致死浓度(LC50)、半数致死时间(LT50)以及半数击倒时间(KT50)等皆为毒力常用量度。此类量度受生物个体差异影响较小，可客观判断有害效应，故多用于杀虫剂毒力比较。

作用机理 研究杀虫剂作用机理的科学称为杀虫剂药理动力学，或简称杀虫剂药理学，为杀虫剂毒理学中重要组成部分。杀虫剂对机体的作用，主要为使之产生机能改变，或伴有构造变化。任何杀虫剂的作用机理均可归纳为药剂进入生物机体，药剂在生命重要器官与组织中积累，以及进行有关的生物化学作用等三过程。经此三过程的协同作用，即可导致昆虫死亡。

滴滴涕的作用机理，曾有下列假说： 滴滴涕具有不溶于水而溶于拟脂之特性，故易穿透表皮集中于脂肪体及神经系统。过去认为，该药刺激神经球内兴奋梢络的传导，从而先引起痉挛及快速抽搐，随之中枢神经系统抑制，昆虫死亡。后认为昆虫受滴滴涕作用的死亡，系因神经细胞呼吸破坏之故。近年则又认为，滴滴涕可抑制神经末梢神经膜ATP酶系，特别是Na+-K+-ATP酶。Na+-K+-ATP酶受抑制后，神经膜离子通透性降低，由之改变电位，影响细胞功能。

六六六有α、β、γ和δ等异构体，其立体结构不同，毒性也有较大差别。α六六六与γ六六六(又称林丹)对中枢神经系统有强兴奋作用，β及δ六六六则为抑制作用。γ六六六的立体结构可使其从任何方向透入昆虫表皮与其他生物膜的脂肪蛋白质微粒空隙，从而影响膜的正常渗透性，改变离子出入，造成兴奋与冲动等生理效应，故对昆虫具有特异毒效。该药较滴滴涕具有更强的神经毒性，但不积累于体内。其他异构体仅可从侧面透入生物膜内，而杀虫作用差。

有机磷杀虫剂的主要作用为抑制昆虫体内的胆碱酯酶。此抑制作用可使神经节突触后膜处的乙酰胆碱大量积累，由之扰乱神经系统传递功能而使昆虫中毒死亡。但各种有机磷杀虫剂中毒时，胆碱酯酶抑制水平并不一致，说明胆碱酯酶抑制并非有机磷杀虫剂之唯一作用机理。某些试验证明，有机磷杀虫剂活性亦可影响昆虫的新陈代谢。

氨基甲酸酯类杀虫剂的主要作用亦为抑制体内的胆碱酯酶，但作用多为可逆性。此乃因其与酶结合不稳定，易于自发复活之故。

除虫菊酯的作用机理，经近年来电生理学研究认为，其所引起的负后电位增加系导致昆虫异常兴奋与痉挛之起因; 而钠、钾离子传递的完全阻遏，则为麻痹之起因。根据菊酯对哺乳动物主要作用部位，目前将拟除虫菊酯区分为两类： ①引起周围神经系统障碍者，有丙烯菊酯、右旋反二氯苯醚菊酯、二氯苯醚菊酯和苄呋菊酯等; ②作用中枢神经系统者有腈二氯苯醚菊酯、溴腈菊酯、速灭菊酯等。

代谢作用 杀虫药剂进入生物体后，一方面药剂对机体产生各种作用，另一方面由于机体补偿性防御机能，亦可使化合物转变为毒性低或无毒的代谢产物而排出体外。

杀虫剂于生物体内的代谢作用有两种，一为解毒作用，即杀虫剂通过生物体转化为低毒或无危害化合物; 一为激活作用，即杀虫剂经生物体转化为更毒的化合物。此类由低毒转变为高毒的代谢产物，多数可经体内进一步代谢失去毒性，故体内代谢的最终结果仍为解毒。杀虫剂于生物体内的代谢有： 氧化、还原、水解与合成等四类基本化学反应。氧化、水解与还原为起始代谢，亦为非合成代谢反应。杀虫剂的解毒与活化作用，多发生于起始代谢过程，因此非合成代谢为杀虫剂代谢的最重要过程。合成反应为第二反应，是起始代谢产物与体内葡糖醛苷、硫醇尿酸、甘氨酸、半胱氨酸、谷胱甘肽等结合或合成为水溶性产物，最后排出体外。参与非合成代谢的酶系有：

滴滴涕去氯化氢酶 可使滴滴涕脱去一分子氯化氢，成为无毒的滴滴伊(DDE)。某些家蝇品系对滴滴涕产生抗性，主要因体内此酶活性增高。

谷胱甘肽硫转移酶 此酶主要有去烷基与去芳基两种作用。前者产物较后者为多。此酶为磷酸酯与硫酮磷酸酯杀虫剂重要解毒酶。常用的敌敌畏杀虫剂，在机体内可由此酶降解为去甲基敌敌畏。该酶亦可使甲基对硫磷(甲基1605)转化为去甲基对硫磷或硫逐磷酸二甲酯; 亦可能为γ-六六六解毒酶系。

水解酶 包括酶系较多，主要有磷酸酯酶与羧酸酯酶。磷酸酯酶可水解具磷氧键(P=O)或硫磷键(P=S)的酯类化合物，如对氧磷与硫磷。水解磷酸酯较水解硫酮磷酸酯为快。

羧酸酯酶 可水解具羧酸酯基的杀虫剂，形成无毒水溶性产物，如将马拉硫磷水解为无毒水溶性去乙基马拉硫磷。某些敏感昆虫由于体内此酶活性低或缺乏此酶，因而易中毒死亡。抗马拉硫磷昆虫品系，体内此酶的活性高于敏感品系。羧酸酯酶于除虫菊酯解毒代谢中亦可起催化作用，可水解除虫菊酯Ⅱ的甲氧羰基，或伯醇菊酸酯的(+)—反式和(+)—顺式异构体。

微粒体多功能氧化酶 简称MFO，为杀虫剂解毒代谢中极为重要的酶系，几对各类杀虫剂代谢均起作用，并有以下催化反应类型： ①氧化作用，如将内吸磷氧化为其亚砜或砜，将对硫磷氧化为对氧磷等; ②环羟基化作用，如对西维因的氧化降解代谢; ③环氧化作用，如将艾氏剂环化为狄氏剂; ④脂族侧链羟基化作用，如将滴滴涕羟基化为三氯杀螨醇，此产物为杀螨剂，但对昆虫无毒; ⑤N-甲基羟基化作用，如将乐果变为乐果N-甲基羧基衍生物; ⑥O-和N-去烃基作用，如将伐灭硫磷变为去甲基伐灭硫磷。

除杀虫剂外，昆虫激素、引诱剂、驱避剂以及化学不孕剂等均可为MFO所代谢。此种非特异性酶促反应，为昆虫产生交互抗性原因之一。

抗性 见“昆虫抗药性”条。

选择性 良好杀虫剂的毒力应具有选择性，即于杀灭害虫的同时保存其天敌与寄生物，并对人、畜无害。药物毒力之选择性系由于不同动物间对其吸收、贮存、代谢与排泄等有差别所致，其中以代谢差别为最重要。如马拉硫磷于哺乳动物体内，可受羧酸酯酶作用水解为无毒马拉硫磷酸，但对不含或仅含极少羧酸酯酶的虫类，则毒力很强。高效低毒选择性杀虫剂因使用安全，可作为动物内疗杀虫剂。

化学结构与生物活性关系 杀虫剂化学结构可影响其理化性质与对机体的生理生化作用。一般多将母体杀虫剂，改变其取代基，分别测定毒性，以研究其间之关系。目前已可根据取代基理化常数，预测化合物的毒性。此结构活性定量相关法已为合成新杀虫剂之理论基础，有助于设计具有良好选择性的新杀虫剂，亦有助于了解杀虫剂的毒理作用机制。