Bioakkumulering er den gradvise ophobning over tid af et kemisk stof i en levende organisme. Dette sker enten fordi kemikaliet optages hurtigere, end det kan bruges, eller fordi kemikaliet ikke kan nedbrydes til brug af organismen (dvs. kemikaliet kan ikke metaboliseres).
Bioakkumulering behøver ikke at være et problem, hvis det akkumulerede stof ikke er skadeligt. Forbindelser, der er sundhedsskadelige, som f.eks. kviksølv, kan imidlertid akkumuleres i levende væv.
Kemiske forurenende stoffer, der bioakkumuleres, kommer fra mange kilder. Pesticider er et eksempel på et forurenende stof, der bioakkumuleres i organismer. Regn kan skylle nysprøjtede pesticider ud i vandløb, hvor de i sidste ende vil finde vej til floder, flodmundinger og havet. En anden vigtig kilde til giftige forurenende stoffer er tilstedeværelsen af forbindelser fra industrielle skorstene og emissioner fra biler, som vender tilbage til jorden i regnvejr. Bevidst udledning af forbindelser i vandet er en anden kilde til kemiske forurenende stoffer.
Når et giftigt forurenende stof er i vandet eller jorden, kan det let komme ind i fødekæden. I vandet adsorberes eller klæber forurenende stoffer f.eks. til små partikler, herunder en lille levende organisme kaldet fytoplankton. Fordi der er så lidt forurenende stof, der sidder fast på hver enkelt fytoplankton, forårsager det forurenende stof ikke megen skade på dette niveau i fødekæden. Et lille dyr, f.eks. en zooplankton, kan dog spise partiklen. En zooplankton, der har spist ti fytoplanktoner, vil have et ti gange så højt indhold af forurenende stoffer som fytoplanktonerne. Da zooplanktonet kan være langsomt til at omsætte eller udskille det forurenende stof, kan det forurenende stof ophobes eller bioakkumuleres i organismen. En lille fisk kan så spise ti zooplankton. Fisken vil have 100 gange så meget af det giftige forurenende stof som fytoplanktonet. Denne multiplikation vil fortsætte i hele fødekæden, indtil høje niveauer af forurenende stoffer er blevet biomagnificeret i det øverste rovdyr. Selv om mængden af forurenende stoffer måske var lille nok til ikke at forårsage nogen skade i de laveste niveauer i fødekæden, kan den biomagnificerede mængde forårsage alvorlig skade på organismer højere oppe i fødekæden. Dette fænomen er kendt som biomagnificering.
Kviksølvforurening er et godt eksempel på bioakkumulationsprocessen. Typisk optages kviksølv (eller en kemisk version kaldet methylkviksølv) af bakterier og fytoplankton. Små fisk spiser bakterierne og fytoplanktonet og ophober kviksølvet. De små fisk bliver igen spist af større fisk, som kan blive til føde for mennesker og dyr. Resultatet kan være ophobning (biomagnificering) af store koncentrationer af kviksølv i menneskers og dyrs væv.
Et af de klassiske eksempler på bioakkumulering, der resulterede i biomagnificering, fandt sted med et insekticid kaldet dichlordiphenyltrichlorethan (DDT). DDT er et insekticid, der blev sprøjtet i USA før 1972 for at bekæmpe myg og andre insekter. Regnen skyllede DDT ud i vandløb, hvor det til sidst fandt vej til søer og havet. Det giftige forurenende stof bioakkumuleres i hver enkelt organisme og biomagnificeres derefter gennem fødekæden til meget høje niveauer i rovfugle som f.eks. havørne, fiskeørne, vandrefalke og brune pelikaner, der spiste fiskene. Niveauerne af DDT var høje nok til, at fuglenes æggeskaller blev unormalt tynde. Som følge heraf knækkede de voksne fugle skallerne på deres uklækkede afkom, og fugleungerne døde. Bestanden af disse fugle styrtdykkede. DDT blev endelig forbudt i USA i 1972, og siden da har der været dramatiske stigninger i bestanden af mange rovfugle.
Bioakkumulation og biomagnificering af giftige forurenende stoffer kan også bringe menneskers sundhed i fare. Når mennesker spiser organismer, der befinder sig relativt højt i fødekæden, kan vi få høje doser af nogle skadelige kemikalier. F.eks. har havfisk som sværdfisk, haj og tun ofte bioakkumulerede niveauer af kviksølv, og blåfisk og stribet aborre har undertiden høje koncentrationer af polychlorerede biphenyler (PCB’er). Den føderale regering og nogle stater har udstedt advarsler mod at spise for meget af visse typer fisk på grund af bioakkumulerede og biomagnificerede niveauer af giftige forurenende stoffer.
Der gøres fremskridt i bestræbelserne på at mindske bioakkumuleringen af giftige forbindelser. Lovgivning, der forbyder udledning af visse forbindelser i vand, bidrager til at reducere niveauet af giftige forbindelser i miljøet, som kan ophobes i fødekæden. Desuden er mikroorganismer ved at blive genetisk manipuleret, så de er i stand til at bruge et giftigt materiale som f.eks. kviksølv som fødekilde. Sådanne bakterier kan fjerne stoffet direkte fra miljøet.