A bioakkumuláció egy vegyi anyag idővel történő fokozatos felhalmozódása egy élő szervezetben. Ez vagy azért következik be, mert a vegyi anyag gyorsabban felszívódik, mint ahogyan felhasználható, vagy azért, mert a vegyi anyagot a szervezet nem tudja lebontani felhasználásra (azaz a vegyi anyag nem metabolizálható).
A bioakkumuláció nem kell, hogy aggodalomra adjon okot, ha a felhalmozódott vegyület nem káros. Az egészségre káros vegyületek, mint például a higany, azonban felhalmozódhatnak az élő szövetekben.
A bioakkumulálódó kémiai szennyező anyagok számos forrásból származnak. A növényvédő szerek egy példa a szervezetekben bioakkumulálódó szennyezőanyagra. Az eső a frissen permetezett növényvédő szereket patakokba moshatja, ahonnan végül a folyókba, torkolatokba és az óceánba jutnak. A mérgező szennyezőanyagok másik fő forrása az ipari kéményekből és az autók kibocsátásaiból származó vegyületek jelenléte, amelyek az esőzésekkel visszajutnak a talajba. A vegyületek szándékos vízbe juttatása a kémiai szennyezőanyagok másik forrása.
Amint egy mérgező szennyezőanyag a vízbe vagy a talajba kerül, könnyen bekerülhet a táplálékláncba. A vízben például a szennyező anyagok adszorbeálódnak vagy megtapadnak az apró részecskéken, beleértve a fitoplankton nevű apró élő szervezetet is. Mivel egy-egy fitoplanktonhoz csak nagyon kevés szennyezőanyag tapad, a szennyezőanyag a tápláléklánc ezen szintjén nem okoz nagy kárt. Egy kis állat, például egy zooplankton azonban elfogyaszthatja a részecskét. Egy zooplankton, amely tíz fitoplanktont evett meg, tízszer annyi szennyezőanyagot tartalmazna, mint a fitoplankton. Mivel a zooplankton lassan metabolizálja vagy kiválasztja a szennyező anyagot, a szennyező anyag felhalmozódhat vagy bioakkumulálódhat a szervezetben. Egy kis hal ekkor akár tíz zooplanktont is megehet. A halakban százszor annyi mérgező szennyezőanyag lenne, mint a fitoplanktonban. Ez a szaporodás az egész táplálékláncban folytatódna, amíg a szennyező anyagok magas szintje biomagnifikálódik a csúcsragadozóban. Míg a szennyezőanyag mennyisége elég kicsi lehetett ahhoz, hogy a táplálékhálózat legalsó szintjein ne okozzon kárt, a biomagnifikálódott mennyiség komoly károkat okozhat a táplálékhálózat magasabb szintjein lévő szervezetekben. Ezt a jelenséget biomagnifikációnak nevezik.
A higanyszennyezés jó példa a bioakkumulációs folyamatra. A higanyt (vagy annak metil-higany nevű kémiai változatát) jellemzően a baktériumok és a fitoplankton veszik fel. A kis halak megeszik a baktériumokat és a fitoplanktont, és felhalmozzák a higanyt. A kis halakat viszont megeszik a nagyobb halak, amelyek az emberek és állatok táplálékává válhatnak. Az eredmény a higany nagy koncentrációjának felhalmozódása (biomagnifikáció) lehet az emberi és állati szövetekben.
A biomagnifikációt eredményező bioakkumuláció egyik klasszikus példája a diklór-difenil-triklór-etán (DDT) nevű rovarölő szerrel történt. A DDT egy olyan rovarölő szer, amelyet 1972 előtt az Egyesült Államokban a szúnyogok és más rovarok elleni védekezés céljából permeteztek. Az eső a DDT-t a patakokba mosta, ahonnan végül a tavakba és az óceánba került. A mérgező szennyezőanyag bioakkumulálódott az egyes szervezetekben, majd a táplálékhálózaton keresztül biomagnifikálódott, és a halakat fogyasztó ragadozó madarakban, például a kopasz sasokban, halászsasokban, vándorsólymokban és barna pelikánokban igen magas szintre emelkedett. A DDT szintje elég magas volt ahhoz, hogy a madarak tojáshéja rendellenesen elvékonyodott. Ennek következtében a kifejlett madarak összetörték a még ki nem kelt utódaik héját, és a kismadarak elpusztultak. Ezeknek a madaraknak a populációja meredeken zuhant. A DDT-t végül 1972-ben betiltották az Egyesült Államokban, és azóta számos ragadozó madár populációja drámaian megnőtt.
A mérgező szennyezőanyagok bioakkumulációja és biomagnifikációja az emberi egészséget is veszélyeztetheti. Amikor az emberek olyan szervezeteket esznek, amelyek viszonylag magasan helyezkednek el a táplálékhálózatban, nagy dózisban juthatunk egyes káros vegyi anyagokhoz. Például az olyan tengeri halak, mint a kardhal, a cápa és a tonhal gyakran tartalmaznak bioakkumulált higanyszintet, a kékhalak és a csíkos sügérek pedig néha magas koncentrációban tartalmaznak poliklórozott bifenileket (PCB-k). A szövetségi kormány és néhány állam a mérgező szennyezőanyagok bioakkumulált és biomagnifikált szintje miatt bizonyos halfajták túlzott fogyasztásától óvott.
A mérgező vegyületek bioakkumulációjának csökkentésére irányuló erőfeszítések terén előrelépések történtek. Az egyes vegyületek vízbe juttatását tiltó jogszabályok segítenek csökkenteni a környezetben lévő, a táplálékláncban felhalmozódni képes mérgező vegyületek szintjét. A mikroorganizmusokat genetikailag úgy alakítják ki, hogy képesek legyenek egy olyan mérgező anyagot, mint a higany, táplálékforrásként felhasználni. Az ilyen baktériumok közvetlenül képesek eltávolítani a vegyületet a környezetből.