環境長效性農藥，因其降解數率較慢，在長期使用下，可能殘留於環境中，如該類農藥同時具高移動性，則可能經由逕流、溢流而進入地表水，如引用受殺草劑污染之地表水作為灌溉用水，即可能傷害其他非目標作物，又如水田為防治福壽螺施用農藥，當含農藥之田水排進溝渠中，則其它水生生物(非目標生物)可能受害；或地表水藉由滲濾作用進入地下水中，污染飲用水源，則飲用此水源之人畜會間接受害。

環境長效性農藥因其分解較慢 (具持久性)，易累積於土壤中而可能影響下期作物之生長與衛生安全品質；毒性較高之農藥可能對非目標生物如：小型哺乳類、鳥禽類、蜜蜂及蚯蚓等造成危害，對生態環境產生衝擊。

土壤中除含有黏粒與腐植質會與農藥作用外，土壤中之微生物亦會與農藥進行交互作用，即農藥影響微生物之活性與族群。土壤微生物有促進土壤中植物營養鹽之轉換與有毒物質之降解、增進土壤肥力、協助植物吸收營養及增加植物抗病及抗旱能力等功用。許多試驗結果顯示，農藥使用初期會抑制土壤微生物之活性，但只要不再施用，則抑制作用會因農藥之降解或微生物抗藥性增加而逐漸降低，即微生物可逐漸恢復其活性與族群。反之當土壤長期使用同一種農藥、超量使用農藥或使用不易分解之農藥(持久性農藥)時，極可能危害土壤微生物，間接破壞土壤之功能。土壤中的無脊椎動物如蚯蚓，會改良土壤的物理性，使土壤通氣良好，促使有機物的加速分解，如同微生物，農藥使用不當，蚯蚓亦會遭受危害。

在美國曾發生以DDT噴灑森林防治蟲害，結果造成知更鳥及其它食蟲鳥類之族群下降，施藥區至少有94種鳥類死亡。1982年美國德州發生麥田施用巴拉松後，造成72隻野雁死亡，水稻田中12種近1,000隻鳥因食用以有機磷類農藥大福松或亞素靈處理之稻種而受害。同年在路易斯安那州之稻田，共約100隻雁鴨因施用亞素靈而死亡。而食用違法經加保扶處理之稻種亦為田間許多鳥類死亡之原因。農藥對人畜影響最值得注意之問題為過量施用、施用未推薦藥劑或未遵照安全採收期採收(提早採收)，以致農作物中農藥殘留量過高，經人、畜食用後，對人、畜產生急性或慢性中毒。

農藥成品中如含有毒之不純物，施用後會引起環境污染及生態危害，越戰期間，美國空軍於湄公河三角洲附近噴灑大量除草劑-橘劑(Agent Orange),係2,4,5-三氯酚與2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-Dichlorophen-oxyacetic acid(2,4-D)的混合物，含有約2 ppm 毒性極高之戴奧辛，展開滅林行動，使敵人因樹木葉子掉光而無法隱藏，此舉除造成環境污染外，將近有60萬居民因暴露其中而染上重病，如經常性流產、生產缺陷及癌症等疾病。

環境中殘留之持久性農藥經由食物鏈而在高階消費者中累積，濃度可高達數萬倍，此作用稱為生物放大（生態濃縮）作用。例如水中之DDT含量為0.00005 ppm，DDT為藻類吸收後，藻類中DDT含量增高為0.04 ppm，小魚以藻類為食，大魚吃小魚，食魚禽類吃大魚，經此食物鏈累積由水至食魚猛禽類體內最高共濃縮了約8萬倍DDT。當農藥經由生物濃縮作用在生物體中累積至毒害濃度時，生物體即會產生受害症狀或死亡。