La toxicité des fibres minérales naturelles (amiante) et de certaines fibres synthétiques relève de mécanismes complexes parmi lesquels la longueur et la bio persistance des fibres jouent un rôle déterminant :

• les fibres les plus longues (> 20 µm pour l'homme) sont mal épurées du poumon par les macrophages,
• selon leur composition, les fibres sont plus ou moins bien solubilisées ou dégradées dans le poumon, et persistent plus ou moins longtemps dans les poumons. Plus cette bio-persistance est importante, plus la probabilité d'effets délétères augmente, bien que cela ne soit pas le seul facteur de toxicité.

Étant donné le potentiel cancérogène des fibres, notamment l'amiante pour la plèvre et le poumon, il est légitime de poser la question d'une cancérogénicité éventuelle de certains NTC. Ceci est d'autant plus vrai qu'ils peuvent présenter non seulement des caractéristiques similaires aux fibres, mais aussi un ratio masse/surface très élevé. Par ailleurs, elles peuvent contenir des teneurs significatives d'espèces métalliques pouvant favoriser le stress oxydant, l'inflammation voire la cancérogénicité.