Nanotoksikoloģija ir toksikoloģijas apakšnozare, kas nodarbojas ar nanomēroga daļiņu vai daļiņu, kuru diametrs ir mazāks par 100 nanometriem, potenciāli toksiskās ietekmes izpēti — mērogā 1 nanometrs ir vienāds ar 10-6 milimetriem. Kopumā nanomēroga daļiņu toksiskās īpašības izriet no tā, ka šādām daļiņām ir ļoti augsta virsmas un tilpuma attiecība. Šī augstā virsmas un tilpuma attiecība padara daļiņas, kas bieži ir pietiekami mazas, lai iekļūtu šūnu membrānās, ļoti reaģēt ar daudzām dažādām ķīmiskām vielām un audiem. Dažām ķīmiskām reakcijām, kurās iesaistītas nanomēroga daļiņas, var būt kaitīga ietekme uz ķermeni. Nanotoksikoloģijas joma ir saistīta ar to apstākļu klasificēšanu, kas izraisa toksisku ietekmi, un to novēršanas un ārstēšanas veidu izstrādi.
Viena no galvenajām bažām nanotoksikoloģijas jomā ir noteikt, kuras īpašu nanomēroga daļiņu īpašības izraisa toksisku ietekmi. Izmērs ir viens no galvenajiem faktoriem, kas ietekmē toksicitāti, jo mazākas daļiņas spēj iekļūt audos un šūnās un tādējādi spēj ietekmēt apgabalus, kurus nevar ietekmēt lielākas daļiņas. Dotās daļiņas forma un reaktivitāte ir ļoti svarīga arī nanotoksikoloģijai, jo šie faktori zināmā mērā nosaka nanomēroga daļiņu ietekmi uz apkārtējiem audiem. Dažādām daļiņām var būt arī dažāda ietekme uz dažādiem audu veidiem, tāpēc, analizējot konkrētas daļiņas toksikoloģiju, jāņem vērā ārējie apstākļi.
Vēl viena svarīga joma nanotoksikoloģijas jomā ir nanomēroga daļiņu transportēšana visā ķermenī. Šādas daļiņas ir tik mazas, ka tās var absorbēt gandrīz caur jebkuru ķermeņa daļu. Kad tie iegūst piekļuvi ķermenim, tie parasti neaprobežojas tikai ar tiešo absorbcijas zonu. Tie ir pietiekami mazi, lai pārvietotos asinsritē un ceļotu uz daudziem dažādiem orgāniem visā ķermenī, ieskaitot smadzenes un nieres. Nanotoksikoloģijas jomas būtisks mērķis ir noskaidrot, kādā veidā konkrēta nanomēroga daļiņa var iekļūt ķermenī un pārvietoties pa to.
Vairāki dažādi procesi, kuros iesaistītas nanomēroga daļiņas, var izraisīt potenciāli toksiskas sekas. Piemēram, nelielam skaitam šādu daļiņu var nebūt nekādas ievērojamas ietekmes, taču, ja laika gaitā uzkrājas daudz vairāk, var rasties slimības. Tas ir ievērojams risks, jo šādas mazas daļiņas var viegli iekļūt organismā. Alternatīvi, ļoti reaktīvās daļiņas var izraisīt šūnu bojājumus, pat ja tās neuzkrājas lielā skaitā. Nanotoksikoloģijas pētnieki cer precīzi noteikt, kā nanomēroga daļiņas kaitē organismiem, lai izstrādātu efektīvu aizsardzību pret tām.