Im Tierversuch löste Nano-Titandioxid nach Aufnahme hoher Dosen über die Atemwege Lungenkrebs aus. Die Internationale Agentur für Krebsforschung der Weltgesundheitsorganisation stuft Nano-Titandioxid deshalb auch als möglicherweise krebserregend für den Menschen ein. Zudem konnte im Tierversuch mit Mäusen nachgewiesen werden, dass Nano-Titandioxid von schwangeren Mäusen an ihren Nachwuchs weitergegeben wird, was bei diesem Schädigungen des Hirns und des Nervensystems verursachte. Bei den männlichen Nachkommen war eine reduzierte Spermienproduktion die Folge. Außerdem ist Nano-Titandioxid – insbesondere nach Einwirkung von UV-Licht – giftig für Algen und Wasserflöhe. Letztere gelten als Merkmal intakter Ökosysteme.
Auch Nano-Zinkoxid kann toxisch auf Algen und Wasserflöhe wirken. In Fütterungsversuchen mit Mäusen beschädigten Zinkoxidpartikel mit einer Größe von 120 Nanometern Magen, Leber, Herz und Milz. Kleinere Partikel schädigten Leber, Milz und Bauchspeicheldrüse. Bereits sehr niedrige Dosierungen von 19 Nanometer großen Zinkoxidpartikeln wirkten giftig auf Zellkulturen von Mensch und Ratte.
Verschiedene wissenschaftliche Studien kamen außerdem zu dem Ergebnis, dass Nano-Titandioxid und Nano-Zinkoxid photoaktiv sind und freie Radikale produzieren. Diese können DNA-Schäden in menschlichen Zellen verursachen, insbesondere, wenn die Haut UV-Licht ausgesetzt ist.
