Pour une dose massique équivalente, la surface totale d’une nanoparticule est inversement proportionnelle à sa taille. La réactivité chimique d’une particule est liée, en particulier, à sa surface. Une augmentation de la taille des particules engendre ainsi une augmentation de leur réactivité chimique et biologique (interactions avec les différents tissus, cellules et fluides biologiques de l'organisme, dénaturation des protéines,…).
Certaines particules ont la propriété d’absorber à leur surface des substances présentes dans l’environnement, substances qui ont la capacité d’atteindre divers organes et d’entraîner des effets toxiques spécifiques.