Neonikotinoide können sich, insbesondere im Boden, monatelang und in manchen Fällen jahrelang halten. So können sich Schadstoffkonzentrationen in der Umwelt aufbauen. Im Grunde erhöht das ihre toxische Wirkung, da die Dauer der Exposition von Nicht-Zielarten erhöht wird.
Die Metaboliten von Neonikotinoiden (die Bestandteile, in die sie sich aufspalten) sind oft genauso toxisch wie oder noch toxischer als die aktiven Bestandteile.
Das klassische Maß, um die Toxizität eines Pestizids zu bewerten (Kurzzeit-Toxizitäts-Ergebnisse im Labor), ist für systemische Pestizide unwirksam und verschleiert ihre wahren Auswirkungen. Sie messen typischerweise nur direkte akute Auswirkungen anstelle von chronischen Auswirkungen, die durch unterschiedliche Wege der Exposition entstehen. Was die reinen akuten Auswirkungen anbetrifft, sind manche Neonikotinoide mindestens 5.000- bis 10.000-mal toxischer für Bienen als DDT.
Die Folgen der Belastung mit Neonikotinoiden reichen von unmittelbar und tödlich bis hin zu chronisch. Sogar langfristige Exposition auf einem niedrigen (nicht-tödlichen) Niveau kann schädlich sein. Als Nervengifte können Neonikotinoide chronische Schäden verursachen. Dazu können gehören: beeinträchtigter Geruchssinn oder beeinträchtigtes Erinnerungsvermögen; verringerte Fruchtbarkeit; verändertes Fressverhalten und verminderte Nahrungsaufnahme einschließlich verringertem Sammelflug bei Bienen; verändertes Tunnelbauverhalten bei Erdwürmern; Schwierigkeiten beim Flug und wachsende Anfälligkeit für Krankheiten.