Le variabili che interferiscono nell'assorbimento dei contaminanti da parte degli organismi sono molteplici; i contaminanti possono esprimere azione tossica, fatto questo che però non sempre accade.
L'accumulo di elementi tossici (metalli pesanti) o composti tossici (pesticidi ecc.) negli organismi (che appartengono a una catena trofica) è regolato da molteplici fattori. Questo accumulo sarà infatti diverso a seconda del tipo di organismo, della sua dimensione, del tempo di esposizione, da fattori fisiologici (capacità di trasferimento del composto dall'ambiente all'organismo), dalla persistenza della sostanza tossica nell'ambiente, dalle caratteristiche fisico-chimiche dell'ecosistema (per esempio salinità dell'acqua, il pH, ecc.).
Per meglio rispondere si rende perciò necessario riportare alcuni concetti fondamentali.

Le sostanze chimiche impiegate nella UE sono circa 103.000. Di queste, secondo dati forniti dall'industria, sul mercato europeo sono presenti 2.500 sostanze a elevato volume di produzione (oltre 1000 tonnellate/anno), 15-20.000 sostanze a basso volume di produzione (tra le 10 e le 1000 tonnellate/anno) e quasi 78.000 sostanze in quantità inferiori a 10 tonnellate/anno. Le sostanze prodotte o importate nella Comunità europea in quantitativi superiori a una tonnellata/anno (incluse quelle a elevato volume di produzione) ammontano complessivamente a circa 30.000 e solo per un centinaio di esse, quelle considerate "prioritarie" ai sensi del regolamento (CEE) n.793/93, è previsto un programma di valutazione del rischio che coinvolge i produttori, le autorità nazionali e la Commissione europea. Pertanto si evince che su diverse decine di migliaia di sostanze chimiche non si conoscono ancora le proprietà tossicologiche e ambientali.

I contaminanti come i metalli pesanti (Hg, Pb, Cd, Cu, Zn), i pesticidi, i policlorodifenili (PCB) e i solventi clorurati posso accumularsi negli organismi provocando effetti dannosi (come ad esempio la diminuzione della capacità riproduttiva della specie). La tossicità viene valutata con particolari test chiamati appunto "test di tossicità" che, in generale, misurano il numero di organismi uccisi da una determinata concentrazione dell'elemento tossico. Altri test di tossicità misurano la riduzione del numero di uova deposte, la diminuzione della biomassa corporea oppure il rallentamento o blocco di alcuni processi fisiologici (sintesi enzimatica o respirazione). I test variano a seconda che si tratti di organismi acquatici o terrestri.

Uno dei test più utilizzati è quello di valutare la Dose Letale Mediana (LD50) ovvero la dose che uccide la metà della popolazione saggiata.
Il bioaccumulo di contaminanti può avvenire dall'ambiente circostante (aria, acqua, suolo) o per l'ingestione lungo le catene alimentari (trofiche) o in entrambi modi. I contaminanti possono pertanto essere regolati dagli animali e dalle piante in modo molto variabile a seconda delle specie studiate; sempre però in un intervallo comune a ogni specie.

Il Fattore di Concentrazione corrisponde al rapporto della concentrazione del contaminante nei tessuti dell'organismo e la sua concentrazione nell'ambiente di riferimento (chiamato livello di base di riferimento dell'area oggetto di studio) in un determinato momento. Esso è cioè la risultante dei processi di carico/scarico del contaminante presente nell'ambiente circostante nell'organismo studiato. Ovvero si assume che il rilascio del contaminante nel tempo considerato è proporzionale alla sua concentrazione nei tessuti.
Ovviamente, nel caso di studi di biomonitoraggio sugli ecosistemi (ovvero mediante l'utilizzo di organismi come indicatori della qualità ambientale) occorre avere una mole di dati statisticamente significativa per trarre le necessarie deduzioni sullo stato d'impatto ambientale di un determinato sito (ad esempio nel caso si vogliano studiare gli impatti di un sito industriale oppure verificare gli impatti basali di un parco naturale ecc.)

Un contaminante può entrare in un organismo attraverso la respirazione (processo reversibile) oppure attraverso la dieta. Il bioaccumulo viene pertanto definito come l'assunzione del contaminante per tutte le possibili vie d'ingresso. La bioconcentrazione è definita invece come l'assunzione diretta del contaminante esclusivamente per via respiratoria. Alcuni composti aumentano la loro concentrazione a ogni passaggio nella catena alimentare (come ad esempio il mercurio). Questo fenomeno è noto come biomagnificazione o concentrazione lungo le catene alimentari.

La biomagnificazione è comunque un fenomeno abbastanza raro. Alcuni contaminanti hanno una efficienza di trasferimento molto maggiore e con perdite irrilevanti rispetto ad altri nel passaggio da un comparto all'altro nella catena trofica. Questo è il caso del DDD (un insetticida della famiglia del DDT) che fu studiato nel 1960. Si era infatti osservato che il DDD aumentava di concentrazione nel passaggio dall'acqua agli organismi acquatici e da preda a predatore fino ad aumentare notevolmente di concentrazione nel passaggio pesce/uccello piscivoro (Aechmophorus occidentalis) situato all'apice della catena trofica. In particolare gli autori di questo famoso studio trovarono che i livelli di DDD nelle acque del Clear Lake California erano di 0.02 ppm, nel plancton di circa 5.3 ppm, nei piccoli pesci di 10 ppm, nei pesci predatori di 1500 ppm e di 1600 ppm negli Svassi (Aechmophorus occidentalis) ponendo così in evidenza il fenomeno della biomagnificazione.

La biomagnificazione di sostanze idrofobe con elevata resistenza alla degradazione come il DDT o i PCB può essere attribuita alla diversità nella fisiologia dei diversi organismi. Se osserviamo infatti che i coefficienti di ripartizione aria/acqua (K_AW), a 20°C, del DDT e dei PCB sono di 10^-2 - 10^-3 possiamo dedurre che la loro concentrazione in acqua è da 100 a 1000 maggiore di quella in aria. Pertanto la capacità di trasporto del contaminante da e verso gli organismi acquatici è da due a tre ordini di grandezza superiore a quello dell'aria.

In effetti gli organismi acquatici che possiedono le branchie devono estrarre dall'acqua l'ossigeno per il loro fabbisogno quando la sua concentrazione in acqua è 1/27 di quella in aria (in condizioni di equilibrio a 20°C). Le branchie devono pertanto operare continuamente per eseguire una estrazione efficiente dell'ossigeno disciolto nell'acqua il che comporta anche una elevata efficienza di scambio di contaminanti. Nei pesci il comparto di deposito dei contaminanti sono i lipidi non polari che vengono facilmente assimilati dai predatori, un processo che aumenta ulteriormente la possibilità del verificarsi della biomagnificazione.

Molti composti tossici si accumulano nella frazione lipidica degli organismi. Viene definito pertanto il coefficiente di ripartizione (K_ow) tra acqua e n-ottanolo (che “assomiglia” ai lipidi) che è di facile misurazione e serve per valutare l'affinità di una sostanza per i lipidi. Molto spesso il Fattore di Concentrazione di un organismo aumenta con l'aumentare di questo coefficiente. Esso è molto importante giacché varie agenzie ambientali negli USA, Europa e Giappone lo richiedono come indicatore per la valutazione della qualità di nuovi composti che entreranno in commercio.

Pertanto l'assimilabilità è il fattore determinante per il verificarsi del fenomeno della biomagnificazione. Osserviamo infatti che i livelli di HCB, DDT e PCB nell'erba di un prato hanno valori confrontabili con quelli dei pesci nonostante che in aria le concentrazioni di questi contaminanti siano da 100 a 1000 volte minori rispetto a quelle dei comparti acquatici. I contaminanti citati si accumulano nelle cere e probabilmente nella cutina dell'erba. Queste sono poco assimilabili dai ruminanti che le consumano e pertanto la biomagnificazione non ha luogo data la scarsa assimilabilità e la bassa efficienza di trasferimento del contaminante dall'erba al ruminante. Pertanto nelle piante terrestri l'accumulo dei contaminanti nelle cere limita sensibilmente la biomagnificazione negli erbivori.

La biomagnificazione, benché poco frequente, può avvenire per il metilmercurio che è la forma organica del mercurio che si forma negli ecosistemi acquatici dove è molto stabile. Il metilmercurio è altamente fotolabile e pertanto lo si riscontra nei luoghi dove vi è luminosità molto ridotta.
Ricordiamo il tragico evento della baia di Minamata (Giappone) in cui un'industria chimica che impiegava Hg²⁺ come catalizzatore nel processo di produzione del cloruro di polivinile scaricava residui contaminati di mercurio nel mare. Il metilmercurio si bioaccumulava nei pesci che costituivano il principale nutrimento della popolazione rivierasca. La concentrazione del mercurio nei pesci risultò superiore a 100 ppm (negli Usa il limite raccomandato per il mercurio nel pesce destinato a uso alimentare per l'uomo è di 0,5 ppm).
Negli anni '50, migliaia di abitanti di Minamata furono colpiti da intossicazione da mercurio proveniente da questa fonte e centinaia di essi morirono.

Un altro triste e recente esempio è quello relativo all'industria Petrolchimica Enichem di Priolo (Sicilia) dove il mercurio fino al 2001 veniva illegalmente smaltito direttamente nelle acque marine. I livelli di mercurio riscontrati erano di 20.000 volte superiori a quelli consentiti e da tempo nella zona venivano infatti segnalate malformazioni congenite dei feti (dovute all'ingestione di pesce contaminato).

Il metilmercurio ha una idrofobicità molto bassa e un indice di capacità di bioaccumulo pressoché trascurabile. Esso però penetra facilmente le membrane cellulari (giacché ha come caratteristica di non distinguere i lipidi dall'acqua) formando complessi stabili con alcuni gruppi funzionali delle proteine all'interno delle cellule dove si accumula.

Un altro esempio di accumulo nella catena trofica è quello relativo alle deposizioni di radionuclidi in seguito al disastro di Chernobyl nel 1986. In particolare si è evidenziato l'accumulo di radionuclidi (specialmente il Cesio-137) negli organismi marini in vari siti del mar Mediterraneo. Nel delta del Po (1990) è stato evidenziato il trasferimento lungo la catena trofica del Cs-137. Si sono riscontrati livelli di Cs-137 (Bq/kg peso secco) nell'ordine: 0.07 per il plancton , 0.5 per Merluccius merluccius e 0.6 per Sardina pilchardus.

Uno studio sul miele nel Lazio (riportato all'indirizzo http://www.apicolturaonline.it/mielazio.htm) dimostra la presenza ancora oggi degli effetti della contaminazione da radionuclidi derivata dal disastro di Chernobyl.
In conclusione, e rispondendo alla domanda, i livelli trofici che accumulano sostanze tossiche in maggiore o minore quantità sono diversi, con molte variabili e dipendono da molti fattori estrinseci e intrinseci. Pertanto devono essere studiati nel loro contesto volta per volta.
Quelli riportati sono comunque alcuni esempi tra i più studiati e scientificamente accertati.