Kuten kaikki muutkin kemikaalit, jotkin nanomateriaalit ovat vaarallisia ja toiset eivät. Hiukkasten nanoskaala ei sinällään merkitse vaaraa. Mahdolliset vaikutukset perustuvat sen sijaan aineen myrkyllisiin ominaisuuksiin ja eliön (ihmisen tai eläimen) saamaan määrään (annokseen).

Eräs päätavoitteista vaaran selvittämisessä on todeta annos-vaikutussuhde toksikologisten tutkimusten perusteella. Tällöin voidaan määrittää annoksen raja-arvo, jonka alapuolella ei haittavaikutuksia oleteta olevan, ja raja-arvon yläpuolista mahdollista riskiä on valvottava ja hallittava esimerkiksi lieventämällä altistusta.

Kemikaaleilla annosten raja-arvot on perinteisesti ilmaistu massakonsentraationa tai lukumäärätiheytenä (kuitujen osalta). Tieteellisessä tutkimuksessa on osoitettu, että nanohiukkasilla muut suureet, kuten niiden pinta-ala, saattavat olla parempia tapoja kuvata niiden myrkyllisyyttä, jolloin annoksen raja-arvo voidaan ilmaista pinta-alayksikköinä.