La neurotoxicité est l'action d'un poison (ou substance neurotoxique) sur le système nerveux. Il peut s'agir d'éléments chimiques comme les métaux lourds, de composés chimiques ou de substances biologiques comme les neurotoxines.
Une substance neurotoxique agit habituellement en perturbant ou en paralysant l'influx nerveux, en agissant notamment sur les émetteurs ou les récepteurs synaptiques. Le résultat est, en quelques minutes, voire en quelques secondes, des troubles de la vue et des autres sens, une perte du contrôle moteur (paralysie générale), éventuellement suivie d'une paralysie du muscle cardiaque et des muscles de la respiration, puis de la mort. Certaines molécules n'agissent que sur les animaux à sang chauds, d'autres sur les animaux à sang froid, d'autres dans les deux cas.
De nombreux produits couramment utilisés ou produits par l'industrie sont des neurotoxiques certains : c'est par exemple le cas du plomb, du méthylmercure, de l'arsenic, des polychloro-biphényles (PCB) et de nombreux solvants organiques (toluène), ont une neurotoxicité connue qui affecte le développement. Ces produits sont actifs à très faibles doses sur le fœtus ou l'embryon avec des effets irréversibles. Des produits tels que le manganèse sous certaines formes, les fluorures et perchlorates sont suspectés de causer des troubles de la mémoire, du comportement ou des retards intellectuels.