农药在使用过程中，约有一半药剂落在土壤中。一些农药品种本身不易被阳光和微生物分解，对酸和热稳定，不易挥发且难溶于水，故残留时间很长。
这些农药及其残留，会对农作物各类病虫害的天敌和其他生物产生深刻的影响。
在自然环境中，害虫与天敌（包括天敌尾虫、蛙类，蛇类等)之间保持着一种生态平衡关系。使用农药对天敌与害虫都有不同程度的杀伤，残存的害虫仍可依赖作物做食料，重新迅速繁衍起来；而以捕食害虫为生的天敌，在害虫恢复大量繁殖以前，因食料短缺，生长受到抑制、因此在施药后的一段时期，可能发生害虫的再猎獗。
农药对蜜蜂、家蚕、鱼类、鸟类都有不同程度的影响。对蜜蜂、家蚕的影响分为直接影响和间接影响。直接影响是蜂、蚕直接接触农药面受到伤害，间接影响是蜂、蚕误食了喷过农药的植物而受到杀伤。例如，拟除虫菊酯类农药对家蚕有剧毒，所以在桑园周围使用这类杀虫剂一定要十分注意，避免农药漂移到桑树上。
农药对鸟类的影响通常是因鸟类误食了露于地表的药粒、毒饵，或觅食了因农药中毒的昆虫和受农药污染的鱼类、蚯蚓等所致。食鱼的鸟类，可通过农药在食物链中的传递和富集而致死，它还可影响鸟类的生殖机能，致使鸟类的繁殖数量减少。
农药对鱼类的影响多数是通过地表径流或地下渗漏从农田流入的，也有一部分是由于卫生需要或防治水生杂草时直接施入水域的。有些农药，在鱼类身体中的富集力很强，如鱼体内的滴滴涕含量比水中高出上万倍。
