La toxicité des COVNM est due d’une part à la toxicité directe de certains COV, mais également à la formation de composés secondaires. Différents troubles liés aux COV ont été identifiés. Les fréquences et délais d’apparition de ces troubles varient en fonction de la durée d’exposition, du type de polluant, de la sensibilité du sujet et de nombreux facteurs plus ou moins identifiés.
Parmi les effets directs des COV sur le milieu naturel, on note l’importance du méthane concernant l’effet de serre et le réchauffement de la planète. Les COV pourraient également avoir une action directe sur les peuplements végétaux et sur les populations animales et des études débutent pour tenter de démontrer leur influence. Les COV sont également responsables de la destruction d’ozone stratosphérique, et sont souvent impliqués dans des problèmes d’odeurs.
Si l’on s’intéresse maintenant aux conséquences indirectes, l’ozone troposphérique se forme lors de mécanismes complexes où les composés organiques volatils jouent un rôle essentiel. En ce qui concerne le climat, l’ozone absorbe dans l’infra-rouge avec un coefficient 2000 fois plus important, vis-à-vis du rayonnement par les sols, qu’une molécule de gaz carbonique. La part relative de l’ozone dans l’effet de serre additionné, sur l’ensemble de la planète est estimé à 18%. De plus, l’ozone crée des dommages sur les feuillages et les fonctions vitales des plantes à des concentrations importantes.