急性毒性：经口半数致死量LD₅₀ 雌大鼠 693.7 mg/kg (OECD测试导则401)。大鼠经皮LD₅₀ ＞2 000 mg/kg(US-EPA)。对人的眼睛和皮肤有强烈刺激作用，会造成严重眼损伤和皮肤严重灼伤。含量超过8 %的水溶液对皮肤就有腐蚀作用。如果皮肤接触了过氧化氢，应该用水反复冲洗干净。如果它穿透皮肤，会在那里迅速分解，产生的氧气气泡使皮肤看起来很白(见图)。一般来说，过氧化氢具有细胞毒性作用，正是这样的强毒性，才能作为许多原核微生物的消毒剂。过氧化氢在许多生化过程中产生。在生物循环中，它是由糖的氧化代谢产生的。生物体通过过氧化氢酶，过氧化物酶保护自身免受中毒。过氧化氢酶是一种能催化过氧化氢分解为水及氧的反应酶，广泛存于哺乳动物的组织内。许多代谢反应过程中连续不断地产生过氧化氢，过氧化氢酶能防止过氧化氢积聚，从而保护机体组织免受其害。有人因缺乏过氧化氢酶而引起的一种罕见的遗传性疾病称过氧化氢酶缺乏症。虽然患者机体的许多组织（包括红细胞、骨髓、肝脏及皮肤）都能发现过氧化氢酶缺乏，但只有约半数患者出现症状。表现为牙龈和口腔其他组织反复感染，并可导致坏疽。这种损害在青春期后极为少见。本病在日本和朝鲜人中常见报道。在日本发病率估计为十万分之二。
极力避免：误饮或以双氧水灌肠，可能使口腔或消化道的黏膜受侵蚀而导致发炎，严重时可能穿孔或出血。注射双氧水，将导致血栓，容易导致器官坏死，严重者可能会有生命危险。过氧化氢疗法的有效性和安全性在科学上都是值得怀疑的。不要轻信，没有科学证据表明过氧化氢是一种安全，有效或有用的癌症治疗方法。

爆炸等事件：已公开报道的有：1. 1934年7月16日，在德国库默斯多夫，一个装有由过氧化氢和乙醇组成的推进剂混合物在一次试验中爆炸，造成3人死亡。2. 1939~1945年，第二次世界大战期间，纳粹德国在集中营中使用过氧化氢作为对人致死的试验品。3. 1992年4月，法国Jarrie的过氧化氢厂发生爆炸，原因是计算机控制系统的技术故障，导致1人死亡，工厂遭到大规模破坏。4. 1998年10月28日，美国奥兰多市和孟菲斯市之间的一架航班上发生过氧化氢泄漏事件，造成数人轻伤。5. 2000年8月12日，俄罗斯库尔斯克号核潜艇鱼雷舱中的鱼雷在发射时由于内部过氧化氢燃料与催化剂接触，剧烈反应，导致爆炸，继而引起连锁反应，引爆了鱼雷舱中的所有鱼雷，彻底炸毁潜艇的前部，令潜艇最终沉没。全艇118人无人生还。6. 2010年8月15日，纽约市时代广场百老汇1515号54楼发生约110升过氧化氢清洁液泄漏。7. 2023年5月1日，鲁西化工双氧水生产区爆炸火灾事故，造成9死1伤1失联。事故原因初步分析为双氧水装置工作液配置釜用于回收工作液时，吸入大量70 %双氧水，釜内可能存在杂质造成双氧水剧烈分解，引发配置釜超压爆炸。

生理作用：有研究指出，老年头发灰白，是头发中过氧化氢被降解较少的结果。过氧化氢对酪氨酸酶中所含氨基酸蛋氨酸的氧化，会影响黑色素产生所需的酪氨酸酶的活性。据报道过氧化氢是诱导植物防御病原体（细胞毒性方面）的信号分子。

生态毒性：对水生生物有害并具有长期持续影响。

环境存在：研究发现水系无机物、有机物在氧化时，或者在生物体内呼吸氧气时，生成水之前一般会生成过氧化氢。过氧化氢无处不在，存在于地表水、地下水和大气中，以及生物体内。它是在光照或水中所含物质的自然催化作用下形成平衡。海水含有0.5~14 μg/L过氧化氢，淡水含有1~30 μg/L，空气中的浓度约为0.4~4 μg/m³，根据季节、海拔、日光和水蒸气含量等条件而会有几个数量级的变化。在农村夜间空气中，低于0.014 μg/m³，在中度光化学烟雾中的浓度为14~42 μg/m³。