Наиболее важные экологические характеристики пестицидов — это токсичность, устойчивость, неспецифичность и независимость силы воздействия от плотности контролируемой популяции. Токсичность и устойчивость взаимосвязаны; проявляется это в том, что вещество, вызывающее летальный исход, но неустойчивое во внешней среде, со временем может оказаться менее эффективным, чем вещество, обладающее сублетальным действием, но являющееся более устойчивым. Объясняется это тем, что у такого устойчивого, но не очень ядовитого вещества больше шансов включиться в пищевые цепи и превратиться в ходе метаболизма в более токсичную форму, или же (что более вероятно)-накопиться в верхних звеньях пищевых цепей (см. разд. 12.3.8). Применение пестицидов в форме распыляемых порошков и разбрызгиваемых жидкостей приводит к их широкому распространению в воде и в воздухе, а тем самым и к включению в пищевые цепи там, где их применение даже и не предполагалось. Хлорорганические соединения (например, ДДТ), отличающиеся высокой устойчивостью и растворимостью в жирах, пожалуй, наиболее распространенные из всех пестицидов. Следы хлорорганических соединений обнаружены не только в организмах всех видов птиц, обитающих на Британских островах, но и, что гораздо более знаменательно, — в телах пингвинов, обитающих в Антарктиде.

Устойчивость рассматривается обычно как нежелательное свойство пестицидов, особенно если они попадают в продукты питания, однако в некоторых случаях, например при борьбе с паразитами или болезнетворными организмами, обитающими в почве, определенная степень устойчивости оказывается абсолютно необходимой по ряду чисто технических и экономических соображений. Токсичность для какого-либо конкретного вида организмов обычно определяется как 50%-ная летальная доза (ЛД₅₀). Это — однократная доза введенного per os вещества, достаточная для того чтобы погибло 50% экспериментальной лабораторной популяции. В природных условиях та же доза может привести к гибели большей доли популяции, поскольку организмы испытывают дополнительный стресс от воздействия различных внешних факторов. Тем не менее по определению некоторые особи выживают и в этом случае. (Задачу использования пестицидов в сельском хозяйстве кратко можно сформулировать как снижение потерь урожая до некоторого уровня, определяемого простым экономическим балансом затрат и выгод.) К сожалению, выжившие особи служат основой для становления устойчивых к пестицидам популяций вредителей. Во всяком случае среди насекомых с их коротким жизненным циклом формирование способности противостоять пестицидам и выходить из-под их контроля наблюдается очень часто. Типичная реакция на подобные явления — это разработка новых пестицидов, что является делом дорогостоящим и, по мнению многих экологов, довольно бессмысленным, так как приводит к тем же самым результатам.