食品中的化學污染物可以根據來源分為環境污染、天然污染、人為添加和食品供應過程產生四大類。
對於某些物質來說，這種分類方法並不明確，比如具有致畸致癌性的N-亞硝基化合物，其前體物質亞硝酸鹽和硝酸鹽來自於食品添加劑或礦物燃燒導致的環境污染，另外食品中廣泛天然存在的含氮有機化合物也可以是其直接或間接前體物質。
環境污染
食品中存在環境污染物。環境污染物可分為無機污染物（如汞、銅、鉛等重金屬及一些放射性物質）和有機污染物（如二噁英、多環芳烴、多氯聯苯等工業化合物及副產物）。無極污染物的主要污染源是工業、採礦、能源、交通、城市排污及農業生產、核泄漏等帶來的。這些都會通過環境及食物鏈而危及人類健康，並隨著人類環境的持續惡化，食品中的環境污染物可能有增無減，必須採取更有效的對策加強治理。
無機污染物
砷在自然界的出現頻率、毒性和人的暴露可能性的綜合危險性被列為危險物之首，其口服劑量小於0.3 µg/（d · kg體重）的情況下，可能對人體無害。汞中毒通常是由於攝入的有機汞化合物而導致的，這些高毒的汞化合物是脂溶性，易被吸收，可以富集。一些微生物將河底或湖底的無機汞鹽轉化成甲基汞，因此有機汞鹽可在魚或其他的水生動物體中富集。鎘離子在植物中分布於各個組織部分，無法通過去掉外皮或葉子去除。在動物性食品中，鎘主要存在於內臟。鎘的污染源一般是工業廢水和工廠澄清池的淤泥。鎘的長期攝入，會在人體的腎臟和肝臟中積累，引起腎小管損傷。
核試驗、核爆炸、核泄露及輻射等能通過環境及食物鏈而危及人類健康。常見的放射性核素有：Cs、Sr、C。人類受到自然輻射暴露量為每年2 mSv。
有機污染物
多氯聯苯二噁英（PCCD）和連苯呋喃（PCDF），俗稱二噁英。含氯或者其他鹵素的有機物或無機物在熱處理工藝中會形成二噁英，污染環境並進入食物鏈。2,3,7,8-四氯聯苯二噁英（2,3,7,8-TCDD）已被證明具有劇毒和致癌性。1997年，WHO制定的長期可耐受攝入量為1~4 pg TEQ/（d · kg體重）。
常見的多環芳烴有1,2-苯丙蒽、苯並芘、苯並吖啶、熒蒽、哌啶。它們具有不同程度的致癌性。化合物的多樣性通常受燃燒工藝條件影響。食品受多環化合物的污染有：大氣沉澱物（工業區裡的水果、蔬菜）、用燃燒氣體直接乾燥穀物和燻烤食品。
聯苯經過氯化生成具有不同氯含量的混合物。多氯聯苯是一種廣泛用於合成塑膠的聚合物、顏料、熱交換物質、水壓機以及變壓器的絕緣體等的商業用品，由55種具有不同程度毒性的物質組成。起毒性與氯元素的含量、氯在苯環上的位置以及該產品的化合物組成相關。儘管多氯聯苯很多方面的用途已被禁止，但由於其性質穩定且為脂溶性，因此其在食物鏈中不斷積累。
天然危害
天然含有的化學危害因子包括植物、動物、微生物體記憶體在的天然毒素、如蛋白抑制劑、生物鹼、有毒蛋白和肽等，其中有一些是致癌物或可轉變為致癌物，又如食品貯藏過程中產生的過氧化物、龍葵素和醛、酮類化合物等。
植物毒素包括非食用部位有毒、某特定發育期有毒、有毒部分加工可去除和有毒成分微量等多種毒性類型。動物毒素中，河豚毒素是世界上最嚴重的動物性食物中毒，其毒素主要為神經毒性物質河豚毒素和河豚酸。海產魚中的青皮紅肉魚類可引起類過敏性食物中毒，因其含有較高量的組氨酸經脫羧酶作用強的細菌作用後會產組胺。螺的肝臟、腮下腺、唾液腺含有皮炎型和麻痹型毒素。真菌毒素主要來源於霉變的穀物和飼料，對人和動物都有極大危害。
人為危害
人為化學性危害物質是指為特定目的而在種植、加工、包裝、貯藏等環節中產生或人為加入的物質。農藥、獸藥及其殘留物可通過食物鏈的富集作用使人類受到高度危害，食品加工時，食品添加劑的違規加入或包裝材料中危害物質遷移進入食品等等，均屬於人為化學性危害。
農藥主要有三類。一是除草劑——去除雜草；二是抗真菌劑——抑制有害真菌或黴菌的生長；三是殺蟲劑——使植物免受害蟲的傷害。植物源性食品的污染可直接來自於農作物在儲存和銷售之前的處理，也可能間接來源於這些作物種植地土壤中的農藥殘留。動物源性食品的污染來源於動物攝取的飼料中含有用於清潔畜欄畜棚等的清潔劑、殺菌劑、殺蟲劑以及接觸用抑菌劑處理的木質柱栓、木板和獸藥等。農藥的使用要有嚴格的休藥期和使用限量，從而保證其在食品中的殘留量在一個最低的限度範圍內。
獸藥主要包括抗生素、腎上腺皮質激素製劑、性激素、安定藥物、抗甲狀腺藥物和抗球菌藥物等。獸藥在生產實踐中的廣泛使用不再是僅僅為了治療，在很大程度上還為了預防和經濟的目的（例如為了縮短動物生長或飼餵時間、降低受損失的風險等）。食物中的獸藥殘留可能只有少量被人體消化代謝，但持續不斷地進入人體而危害人體健康，因此，應採取有效的控制手段和監測措施。
食品添加劑的目的是為了在食品加工和貯藏時增強食品的感官性狀、保持食品的營養成分。沒有食品添加劑就沒有食品工業。食品添加劑的毒性多為致癌性、致畸性和致突變性，且要經歷較長時間才能顯現出來，更為重要的是，食品添加劑還具有積蓄和疊加毒性；另外，還有本身含有的雜質和體內代謝產物，也可能造成危害。食品添加劑在安全監督管理下，在允許的範圍內按照要求使用一般來說是安全的。
在食品加工過程中會產生一些危害物質，如：煙燻、燒烤時產生的多環芳烴和醃製時的亞硝酸胺都有很強的致癌性；食品烹飪時，因高溫而產生的雜環胺也是毒性極強的致癌物質；食品加工過程中使用的機械管道、鍋、白鐵管、塑膠管、橡膠管、鋁製容器以及各種包裝材料等，也有可能將有毒物質帶入食品中，如聚苯乙烯材料中的單體苯乙烯、聚碳酸酯材料中的單體雙酚A、增塑劑或膠黏劑中的連苯二甲酸酯類等；當採用陶瓷器皿盛放酸性食品時，其表面的釉料中所含的鉛、鎘和銻等鹽能溶解出來；用螢光增白劑處理的包裝紙中殘留有毒的胺類化合物。
