Bioakumulacja jest stopniowe gromadzenie się w czasie substancji chemicznej w żywym organizmie. Dzieje się tak albo dlatego, że substancja chemiczna jest pobierana szybciej niż może być wykorzystana, albo dlatego, że substancja chemiczna nie może być rozłożona w celu wykorzystania przez organizm (czyli nie może być metabolizowana).
Bioakumulacja nie musi być powodem do niepokoju, jeśli nagromadzony związek nie jest szkodliwy. Związki, które są szkodliwe dla zdrowia, takie jak rtęć, mogą jednak gromadzić się w żywych tkankach.
Zanieczyszczenia chemiczne, które ulegają bioakumulacji pochodzą z wielu źródeł. Pestycydy są przykładem zanieczyszczeń, które ulegają bioakumulacji w organizmach. Deszcz może zmyć świeżo rozpylone pestycydy do strumieni, skąd ostatecznie trafiają do rzek, estuariów i oceanu. Innym ważnym źródłem toksycznych zanieczyszczeń jest obecność związków pochodzących z kominów przemysłowych i emisji samochodowych, które powracają do ziemi w opadach deszczu. Celowe zrzucanie związków do wody jest kolejnym źródłem zanieczyszczeń chemicznych.
Gdy toksyczne zanieczyszczenia znajdują się w wodzie lub glebie, mogą łatwo wejść do łańcucha pokarmowego. Na przykład, w wodzie, zanieczyszczenia adsorbują się lub przyklejają do małych cząstek, w tym maleńkich organizmów żywych zwanych fitoplanktonem. Ponieważ do każdego fitoplanktonu przykleja się tak niewiele zanieczyszczeń, nie powodują one dużych szkód na tym poziomie sieci pokarmowej. Jednakże małe zwierzę, takie jak zooplankton, może następnie skonsumować cząsteczkę. Jeden zooplankton, który zjadł dziesięć fitoplanktonów, miałby dziesięciokrotnie wyższy poziom zanieczyszczeń niż fitoplankton. Ponieważ zooplankton może być powolny w metabolizowaniu lub wydalaniu zanieczyszczeń, zanieczyszczenia mogą gromadzić się lub bioakumulować w organizmie. Mała ryba może wtedy zjeść dziesięć zooplanktonów. Ryba będzie miała 100 razy wyższy poziom toksycznych zanieczyszczeń niż fitoplankton. Namnażanie to będzie kontynuowane w całym łańcuchu pokarmowym, aż do momentu biomagnifikacji wysokich poziomów zanieczyszczeń u głównego drapieżnika. Podczas gdy ilość zanieczyszczeń mogła być na tyle mała, że nie powodowała żadnych szkód na najniższych poziomach sieci pokarmowej, ich biomagnifikacja może spowodować poważne szkody u organizmów znajdujących się wyżej w sieci pokarmowej. Zjawisko to znane jest jako biomagnifikacja.
Zanieczyszczenie rtęcią jest dobrym przykładem procesu bioakumulacji. Zazwyczaj rtęć (lub jej chemiczna wersja zwana metylortęcią) jest pobierana przez bakterie i fitoplankton. Małe ryby zjadają bakterie i fitoplankton i gromadzą rtęć. Małe rybki są z kolei zjadane przez większe ryby, które mogą stać się pokarmem dla ludzi i zwierząt. Rezultatem może być nagromadzenie (biomagnifikacja) dużych stężeń rtęci w tkankach ludzi i zwierząt.
Jeden z klasycznych przykładów bioakumulacji, która spowodowała biomagnifikację, wystąpił w przypadku insektycydu o nazwie dichlorodifenylotrichloroetan (DDT). DDT jest środkiem owadobójczym, który był rozpylany w Stanach Zjednoczonych przed rokiem 1972, aby pomóc kontrolować komary i inne owady. Deszcz spłukiwał DDT do strumieni, skąd ostatecznie trafiał do jezior i oceanu. Toksyczna substancja zanieczyszczająca bioakumulowała się w każdym organizmie, a następnie ulegała biomagnifikacji w łańcuchu pokarmowym do bardzo wysokich poziomów u ptaków drapieżnych, takich jak orły bieliki, rybołowy, sokoły wędrowne i pelikany brunatne, które zjadały ryby. Poziomy DDT były na tyle wysokie, że skorupki jaj tych ptaków stały się nienormalnie cienkie. W rezultacie dorosłe ptaki łamały skorupki swoich niewyklutych jeszcze potomków, a te umierały. Populacja tych ptaków gwałtownie spadła. DDT został ostatecznie zakazany w Stanach Zjednoczonych w 1972 roku i od tego czasu nastąpił dramatyczny wzrost populacji wielu ptaków drapieżnych.
Bioakumulacja i biomagnifikacja toksycznych zanieczyszczeń może również zagrażać zdrowiu człowieka. Kiedy ludzie jedzą organizmy, które znajdują się stosunkowo wysoko w sieci pokarmowej, możemy otrzymać wysokie dawki niektórych szkodliwych substancji chemicznych. Na przykład, ryby morskie, takie jak miecznik, rekin i tuńczyk często mają bioakumulowane poziomy rtęci, a bluefish i striped bass czasami mają wysokie stężenia polichlorowanych bifenyli (PCB). Rząd federalny i niektóre państwa wydały zalecenia przeciwko jedzeniu zbyt dużo niektórych rodzajów ryb z powodu bioakumulacji i biomagnifikacji poziomów toksycznych zanieczyszczeń.
Postępy są czynione w wysiłkach, aby zmniejszyć bioakumulację toksycznych związków. Przepisy prawne zakazujące usuwania niektórych związków do wody pomagają zmniejszyć poziom toksycznych związków w środowisku, które są w stanie być akumulowane w łańcuchu pokarmowym. Również mikroorganizmy są genetycznie modyfikowane tak, aby były zdolne do wykorzystania toksycznego materiału, takiego jak rtęć, jako źródła pożywienia. Takie bakterie mogą bezpośrednio usuwać ten związek ze środowiska.
.