急性毒性：经口LD₅₀大鼠为250 mg/kg(玉米油载体)，4 123 mg/kg（水悬液）。另据EPA报道急性经口LD₅₀雄性大鼠为187~326 mg/kg，雌性大鼠为150~500 mg/kg。随有效成分顺反异构体比例的不同，急性经口LD₅₀雌性大鼠的会在367~2 000 mg/kg间变化，小鼠的会在82~779 mg/kg 间变化。毒性变化范围这么大，与实验所用物质中各种异构体的混合程度不同有关。急性经皮LD₅₀大鼠为1 600 mg/kg，兔子＞2 000 mg/kg。氯氰菊酯主要是通过皮肤接触或呼吸摄入体内，毒性中等。皮肤大面积接触会引发麻木﹑震颤﹑发痒﹑灼热﹑小便失禁﹑供给失调﹑抽搐等症状，甚至可能导致死亡。像氯氰菊酯这类的拟除虫菊酯会对神经中枢产生不良影响。大剂量吸入会导致恶心﹑长时间呕吐﹑胃痛﹑腹泻，进而会发展为痉挛﹑神志不清﹑昏迷等症状。它对皮肤和眼睛有轻微刺激，会导致皮肤过敏。
慢性毒性：繁殖影响：对实验大鼠用37.5 mg/(kg · d)的最高剂量饲喂，通过研究大鼠的三代繁殖，没有发现氯氰菊酯对繁殖产生不良影响。致畸性：氯氰菊酯不具有致畸作用。用70 mg/(kg · d)的剂量饲喂大鼠，用30 mg/(kg · d)的剂量饲喂兔，均没有发现其后代出生时带有缺陷。致突变性：氯氰菊酯不具有致突变作用。但是，通过用很大剂量的氯氰菊酯饲喂小鼠的实验发现其骨髓细胞微核暂时地增多；而其它关于人体﹑细菌﹑仓鼠细胞培养及小鼠活体的致突变性实验，结果均呈阴性。致癌性：由于现有的实验数据不充分，EPA将氯氰菊酯列为可能对人体致癌的物质。通过用229 mg/(kg · d)的剂量（试验过的最大剂量）饲喂雌性小鼠，实验发现小鼠肺脏出现良性肿瘤；然而，用75 mg/(kg · d) 的剂量（大剂量）饲喂大鼠，没有发现任何肿瘤。器官毒性：像氯氰菊酯这样的拟除虫菊酯会对神经中枢产生不良影响。用37.5 mg/kg剂量的氯氰菊酯顺式异构体饲喂大鼠，持续5周，大鼠出现严重的运动肌失调；用85 mg/kg的剂量饲喂大鼠，4~17 d后20~30 %的大鼠死亡。通过研究用氯氰菊酯长期地饲喂试验动物，发现试验动物的肝﹑肾脏重量增加，肝组织发生不良变化。反复地用大剂量的氯氰菊酯饲喂兔，发现兔的胸腺﹑肝脏﹑肾上腺﹑肺脏及皮肤的皮层发生病理变化。人畜体内归宿：人体连续5 d，摄入1.5 mg/(kg · d)剂量的氯氰菊酯，实验48 h后发现，氯氰菊酯及代谢物通过泌尿系统被完全排泄。对大鼠的研究发现，氯氰菊酯代谢迅速，主要是羟基化和分解成小分子化合物，99 %以上的氯氰菊酯几小时内能被排出体外。剩余不足1%的则被鼠体的脂肪贮存，这部分的排泄作用缓慢，其中的顺式异构体半衰期为18d，反式异构体半衰期为3.4d。
生态毒性：对鸟类的影响：试验证明，氯氰菊酯对鸟类无毒。急性经口LD₅₀野鸭＞4 640 mg/kg，饲喂野鸭和鹌鹑LC₅₀均＞20 000 mg/kg。用50 mg/kg的剂量（试验过的最大剂量）饲喂野鸭和鹌鹑，没有发现氯氰菊酯会对繁殖产生不良影响。
对水生生物的影响：氯氰菊酯对鱼类和水生无脊椎动物高毒。LC₅₀（96 h）虹鳟鱼为0.008 2 mg/L，大鳍鳞鳃太阳鱼为0.001 8 mg/L。急性LC₅₀ 水蚤（一种淡水小型甲壳纲动物）为0.000 2 mg/L。鱼类对氯氰菊酯的代谢和排泄比哺乳动物和鸟类明显地缓慢，这可以解释为什么这种化合物对鱼类的毒性比对其它生物的毒性高得多的原因。鲑鱼对几种拟除虫菊酯排泄的半衰期均＞48 h，而哺乳动物和鸟类的一般为6~12 h。在虹鳟鱼体内的氯氰菊酯浓度为其周围水中浓度的1 200倍（富集因子为1 200），这表明在水生动物体内的氯氰菊酯属于中度富集。水生生物排泄体内累积氯氰菊酯的50 %需将近8 d，14 d后能消解70~80 %。对其它生物的影响：该农药对蜜蜂、家蚕和蚯蚓高毒。

归宿：在土壤和地下水中的降解：氯氰菊酯在土壤中的持久性中等。在实验室条件下，氯氰菊酯在砂质粘土﹑砂壤土中比在粘土中降解得快，在有机质含量低的土壤中降解得会更快。在有氧条件下，氯氰菊酯在土壤中半衰期为4 d至8周。在实验室条件下施于砂质土壤中，其半衰期为2.5周。在无氧条件下，其持久性会更长。氯氰菊酯的光解作用明显，半衰期为8~16 d。在有氧条件下，该物质还会被微生物降解。氯氰菊酯不溶于水又很容易被土壤颗粒吸附，因此污染地下水的可能性不大。在水中的降解：氯氰菊酯在中性和酸性水溶液中水解缓慢，在pH 9时水解较快。而在常温和一定的pH值下，氯氰菊酯相对稳定。在水中的半衰期＞50 d。光解半衰期＞100 d。研究池塘水中和实验室条件下拟除虫菊酯的降解时发现其浓度的骤降的原因是水体中沉积物、悬浮颗粒和植物的吸附作用、微生物的降解作用及光解作用联合的结果。在植物体内的降解：氯氰菊酯喷施在草莓植株上，1 d后残留40 %，3 d后残留12 %，7 d后残留0.5 %（第3 d时下了场小雨）；喷施在小麦植株上，喷洒后原始沉积量为4 mg/kg，27 d后迅速降解到0.2 mg/kg，在收获的小麦中检测不出氯氰菊酯；在莴苣和芹菜上也获得了相似的检测结果。