Bioakkumulaatio on kemikaalin asteittainen kertyminen elävään organismiin ajan kuluessa. Tämä tapahtuu joko siksi, että kemikaali imeytyy nopeammin kuin sitä voidaan käyttää, tai siksi, että elimistö ei pysty hajottamaan kemikaalia käytettäväksi (eli kemikaalia ei voida metaboloida).
Bioakkumulaation ei tarvitse olla huolenaihe, jos kertyvä yhdiste ei ole haitallinen. Terveydelle haitalliset yhdisteet, kuten elohopea, voivat kuitenkin kertyä eläviin kudoksiin.
Biokertyviä kemiallisia epäpuhtauksia on peräisin monista lähteistä. Torjunta-aineet ovat esimerkki epäpuhtauksista, jotka kertyvät eliöihin biologisesti. Sade voi huuhtoa juuri ruiskutettuja torjunta-aineita puroihin, joista ne päätyvät lopulta jokiin, jokisuistoihin ja mereen. Toinen merkittävä myrkyllisten epäpuhtauksien lähde on teollisuuden savupiipuista ja autojen päästöistä peräisin olevat yhdisteet, jotka palaavat maahan sateiden mukana. Yhdisteiden tahallinen päästäminen veteen on toinen kemiallisten epäpuhtauksien lähde.
Kun myrkyllinen epäpuhtaus on joutunut veteen tai maaperään, se pääsee helposti ravintoketjuun. Esimerkiksi vedessä epäpuhtaudet adsorboituvat tai tarttuvat pieniin hiukkasiin, mukaan lukien pieniin eläviin organismeihin, joita kutsutaan kasviplanktoniksi. Koska kuhunkin kasviplanktoniin tarttuu niin vähän epäpuhtauksia, epäpuhtaus ei aiheuta suurta vahinkoa ravintoverkon tällä tasolla. Pieni eläin, kuten eläinplankton, saattaa kuitenkin kuluttaa hiukkasen. Yhdellä eläinplanktonilla, joka on syönyt kymmenen kasviplanktonia, olisi kymmenen kertaa enemmän epäpuhtauksia kuin kasviplanktonilla. Koska eläinplankton saattaa olla hidas metaboloimaan tai erittämään epäpuhtautta, epäpuhtaus voi kertyä tai bioakkumuloitua eliöön. Pieni kala saattaa tällöin syödä kymmenen eläinplanktonia. Kalassa olisi 100 kertaa enemmän myrkyllistä epäpuhtautta kuin kasviplanktonissa. Tämä moninkertaistuminen jatkuisi koko ravintoverkossa, kunnes korkeat haitta-ainepitoisuudet ovat biomagnifioituneet huippupedossa. Vaikka saastuttavan aineen määrä olisi saattanut olla niin pieni, ettei se olisi aiheuttanut vahinkoa ravintoverkon alimmilla tasoilla, biomagnifioitunut määrä saattaisi aiheuttaa vakavaa vahinkoa ravintoverkon ylemmillä tasoilla oleville organismeille. Tätä ilmiötä kutsutaan biomagnifikaatioksi.
Hopean saastuminen on hyvä esimerkki bioakkumulaatioprosessista. Tyypillisesti elohopeaa (tai sen kemiallista versiota nimeltä metyylielohopea) sitoutuu bakteereihin ja kasviplanktoniin. Pienet kalat syövät bakteereja ja kasviplanktonia ja keräävät elohopeaa. Suuret kalat syövät puolestaan pieniä kaloja, joista voi tulla ihmisten ja eläinten ravintoa. Tuloksena voi olla elohopean suurten pitoisuuksien kertyminen (biomagnifikaatio) ihmisten ja eläinten kudoksiin.
Yksi klassisista esimerkeistä biomagnifikaatioon johtaneesta biokertyvyydestä oli hyönteismyrkky nimeltä diklooridifenyylitrikloorietaani (DDT). DDT on hyönteismyrkky, jota ruiskutettiin Yhdysvalloissa ennen vuotta 1972 hyttysten ja muiden hyönteisten torjumiseksi. Sateet huuhtoivat DDT:tä puroihin, joista se päätyi lopulta järviin ja mereen. Myrkyllinen saasteaine kertyi bioakkumuloituneena kuhunkin organismiin ja sen jälkeen biomagnifioitui ravintoverkon kautta erittäin korkeiksi pitoisuuksiksi petolinnuissa, kuten kalasääskissä, kalasääskissä, muuttohaukoissa ja ruskopelikaaneissa, jotka söivät kaloja. DDT-pitoisuudet olivat niin korkeita, että lintujen munankuoret ohenivat poikkeuksellisen paljon. Tämän seurauksena aikuiset linnut rikkoivat kuoriutumattomien jälkeläistensä kuoret ja linnunpoikaset kuolivat. Näiden lintujen kanta romahti. DDT kiellettiin lopulta Yhdysvalloissa vuonna 1972, ja sen jälkeen monien petolintujen populaatiot ovat kasvaneet dramaattisesti.
Myrkyllisten epäpuhtauksien biokertyvyys ja biomagnifikaatio voivat vaarantaa myös ihmisten terveyden. Kun ihmiset syövät organismeja, jotka ovat suhteellisen korkealla ravintoverkossa, voimme saada suuria annoksia joitakin haitallisia kemikaaleja. Esimerkiksi miekkakalan, hain ja tonnikalan kaltaisissa merikaloissa on usein biokertyneitä elohopeapitoisuuksia, ja mustakalan ja raidallisen ahvenen polykloorattujen bifenyylien (PCB) pitoisuudet ovat joskus korkeita. Liittovaltion hallitus ja jotkin osavaltiot ovat antaneet suosituksia, joiden mukaan tiettyjä kalatyyppejä ei pidä syödä liikaa, koska niihin on kertynyt myrkyllisiä epäpuhtauksia.
Myrkyllisten yhdisteiden biokertyvyyttä pyritään vähentämään jatkuvasti. Lainsäädäntö, joka kieltää tiettyjen yhdisteiden hävittämisen veteen, auttaa vähentämään sellaisten myrkyllisten yhdisteiden määrää ympäristössä, jotka voivat kertyä ravintoketjuun. Myös mikro-organismeja muokataan geneettisesti siten, että ne pystyvät käyttämään elohopean kaltaista myrkyllistä ainetta ravinnonlähteenä. Tällaiset bakteerit voivat suoraan poistaa yhdisteen ympäristöstä.