Im Gegensatz zu anderen Pestiziden, die auf der Oberfläche des behandelten Blattwerks bleiben, werden systemische Pestizide von der Pflanze aufgenommen und in das gesamte Gewebe befördert (Blätter, Blüten, Wurzeln und Stämme genauso wie auch Blütenstaub und Nektar).
Die gängigsten Pestizide sind Neonikotinoide und Fipronil, die eine Klasse neuro-aktiver nikotin-basierter systemischer Schädlingsbekämpfungsmittel darstellen. Sie wurden 1991 entwickelt und Mitte der 1990er-Jahre in den gewerblichen Gebrauch gebracht.
Produkte, die Neonikotinoide enthalten, können an der Wurzel angewandt werden (als Saatgutbeschichtung oder Bodentränkung) oder auf das Blattwerk der Anbaupflanze aufgesprüht werden. Das Gift des Schädlingsbekämpfungsmittels bleibt über viele Monate (oder Jahre) im Boden oder in der Pflanze aktiv und schützt so die Anbaupflanze über die ganze Saison.
Neonikotinoide wirken auf die Fähigkeiten zur Informationsverarbeitung von Invertebraten (Wirbellosen), indem sie bestimmte neurale Leitungsbahnen, die sich von jenen von Wirbeltieren unterscheiden, beeinträchtigen. Dies macht sie als Breitband-Insektizide beliebt, weil sie als weniger direkt toxisch für Wirbeltier-Spezies – einschließlich Menschen – gelten.
Diese systemischen Insektizide sind zur weltweit meist genutzten Gruppe der Insektizide geworden, mit einem Marktanteil, der mittlerweile auf ungefähr 40 Prozent des Weltmarktes geschätzt wird. Gängige Zusammensetzungen beinhalten Acetamipirid, Clothianidin, Dinotefuran, Imidacloprid, Nitenpyram, Nithiazin, Thiacloprid, Thiamethoxam und Fipronil. 2011 haben sie einen weltweiten Umsatz von über 2,63 Milliarden US-Dollar erzielt.
Der Markt für Saatgutbehandlung wächst sogar noch schneller. Er ist von 155 Millionen Dollar in den 1990er-Jahren auf 957 Millionen Dollar im Jahr 2008 angestiegen, in dem Neonikotinoide weltweit bis zu 80 Prozent des gesamten Umsatzes im Bereich Saatgutbehandlung ausmachten.
Neonikotinoide sind sogar in sehr niedrigen Dosierungen toxisch. Sie sind im Boden und im Wasser sehr langlebig und verbleiben im Durchschnitt monatelang unmittelbar an Ort und Stelle. Dies hat eine ununterbrochene und chronische Exposition von Nicht-Zielorganismen, wie beispielsweise Wirbellosen, zur Folge.
Weil sie relativ wasserlöslich sind, fließen sie leicht in aquatische Lebensräume ab. Die wachsende Besorgnis über ihre Verbindung zur Bee Colony Collapse Disorder (CCD) führte zur Beschränkung ihrer Verwendung in EU-Staaten. Die Besorgnis über ihre Auswirkung auf andere Nicht-Zielspezies einschließlich Vögeln ist während der letzten fünf Jahre gewachsen.