Im Zusammenhang mit Nanomaterialien spielen aber auch durchaus andere Überlegungen noch eine Rolle: können die besonderen Eigenschaften der Nanovariante eines Materials auf physikalischer, chemischer oder anderer Ebene auch ihr Verhalten in biologischen Systemen beeinflussen bzw. verändern? Um dies herauszufinden, werden die Nanomaterialien auch toxikologisch untersucht. Dafür können Toxikologen, meist Chemiker, Mediziner oder Biologen, in ihrer Forschung zwei sich grundsätzlich unterscheidende Wege einschlagen. Sie können entweder in vitro oder in vivo Untersuchungen durchführen.
Über die Einschätzung der möglichen biologischen Effekte von Nanomaterialien im Körper hinaus ist eine Bewertung von Nanomaterialien für die Gesundheit der Bevölkerung insgesamt von Bedeutung (Epidemiologie), zum Beispiel mit Blick auf die mögliche Gefährdung von Arbeitern an ihrem Arbeitsplatz. Ebenfalls berücksichtigt und untersucht werden muss der Einfluss von technischen Nanopartikeln auf Organismen in der Umwelt und ob eine „Verschmutzung“ der Umwelt mit Nanopartikeln ähnliche Auswirkungen haben können wie die Verschmutzung durch Chemikalien.

An dieser Stelle ist es aber auch sehr wichtig, darauf hinzuweisen, dass die gesundheitliche Beeinträchtigung durch Chemikalien jeder Art fast immer von der Konzentration abhängt. Seit Paracelsus (1493-1541) wissen wir, dass "All Ding' sind Gift und nichts ohn' Gift; allein die Dosis macht, dass ein Ding kein Gift ist." Diese Aussage, heute noch genauso gültig wie damals, sagt aus, dass eine biologische/toxikologische Wirkung in allem steckt, allein die Konzentration/Dosis, die ein Lebewesen aufnimmt, entscheidet darüber, ob es eine negative Wirkung ergibt oder nicht.