Tra le sostanze tossiche la nicotina è la principale e ne parleremo diffusamente più avanti. Non va dimenticato il ruolo dell'ossido di carbonio che si forma durante la combustione in percentuali che vanno dall'1 al 5%. Questa sostanza si lega all'emoglobina meglio che l'ossigeno saturandone anche fino al 15% del totale. Ne consegue una riduzione della capacità di sopportare gli sforzi fisici anche moderati e, alle madri che fumano durante la gravidanza porta la riduzione del peso alla nascita del bambino ed il richio di una più elevata mortalità perinatale. Le sostanze irritanti agiscono rallentando, fino a bloccarla, l'attività delle cellule ciliate dell'apparato respiratorio che, in condizioni normali, hanno la funzione di spingere fuori le particelle estranee all'organismo. Inoltre provocano la formazione di muco che, non essendo allontanato dalla cellule ciliate dell'epitelio bronchiale, ristagna creando le condizioni per l'insorgenza della bronchite cronica ostruttiva. Ma le sostanze più pericolose sono le sostanze cancerogene che agiscono a diversi stadi dell'insorgenza della malattia tumorale. Il fumo di tabacco è responsabile del 90% dei tumori broncopolmonari ma fa raddoppiare il rischio di tumori anche in altre sedi. Con il nome comune di catrame si intende un insieme di sostanze che costituiscono dallo 0,2 al 9% del fumo aspirato (idrocarburi policiclici aromatici, amine aromatiche, fenolo, catecolo, ecc.). Il catrame ha anche delle proprietà mutagene e contiene delle sostanze che aumentano l'attività di alcuni enzimi contenuti nel fegato e nei polmoni che trasformano le sostanze co-cancerogene in cancerogene.