Les études in vivo doivent être exécutées en utilisant le mode d’administration le plus réaliste, se rapprochant le plus possible de la voie d’exposition humaine considérée. Les effets toxiques consécutifs à une exposition pulmonaire ont été largement étudiés, en particulier pour contribuer à l’évaluation des risques professionnels. Mais les méthodes d’exposition des animaux sont en train d’évoluer vers des systèmes plus réalistes que l’administration intratrachéale classique: production d’aérosols puis exposition de l’animal entier ou “nose-only” [O. Creutzenberg et al.,Inhalation Toxicology 24 (2012) 821-830 / L. Geraets et al., Toxicological Sciences 127 (2012) 463-473].

Afin d’éviter des effets toxiques non spécifiques du matériau dus à l’administration de doses massives, il est préférable de privilégier les expositions chroniques à faibles doses [Q. Sun et al., Journal of Hazardous Materials 235-236 (2012) 47-53 / S. Seok et al., Journal of Applied Toxicology 33 (2013) 1089-1096]. Par exemple, de nombreuses études ont démontré, lors d’administration unique (pulmonaire ou intracavitaire) avec des doses dépassant le seuil de surcharge pulmonaire, une cytotoxicité puis une inflammation. Compte tenu des niveaux d’exposition humaine beaucoup plus faibles, la pertinence de ces effets est contestable.

Les études toxicologique chez l’animal mettent en évidence une réponse inflammatoire plus intense qu'avec des particules de taille micronique. Cette inflammation peut être accompagnée de réaction de fibroses ou de granulomes plus ou moins durables.

Une grande variabilité des effets est observée selon les caractéristiques des nanoparticules (nature chimique, dimensions, forme, état de la surface, impuretés associées tels que les catalyseurs). Dans certains cas, la surface présentée par l'ensemble des nanoparticules semble être un paramètre mieux corrélé aux effets observés que la masse.