Hvis plantevernmidler som brytes sakte ned i naturen i tillegg er sterkt fettløselige, kan det være fare for at de hoper seg opp i ulike organismers fettvev over tid. Dette kalles bioakkumulering. Opphopningen kan enten skje direkte fra omgivelsene eller indirekte via næringsopptak. Naturen består av et utall såkalte næringskjeder som henger sammen i kompliserte næringsnett. Næringskjeder består av flere nivåer. Plantevernmidler i organismer på lave nivåer i kjeden kan bli overført og akkumulert i organismer på et høyere nivå. En slik oppkonsentrering i næringskjeden kalles for biomagnifisering. Dette vil føre til at et rovdyr (f.eks. en rovfugl) som står på toppen av en næringskjede, vil inneholde mer plantevernmidler enn dyr som befinner seg lenger nede i næringskjeden (Figur 8). Eventuelle effekter av plantevernmidlene vil derfor ofte gi størst utslag i organismene som er øverst i næringskjedene.
En har sett negative og til dels dramatiske effekter av bioakkumulering og -magnifisering i flere tilfeller. Opphopningen av insektmidlet DDT i fugl resulterte i at fuglebestandene i enkelte områder ble kraftig redusert. DDT er for lengst forbudt i Norge, og en godkjenner ikke plantevernmidler med slike ugunstige skadevirkninger på miljøet. Effekten av slike midler kan imidlertid registreres mange år etter at midlene er gått ut av bruk.
Figur 8. Enkel næringskjede med opphopning (biomagnifisering) av insektsmidlet DDT. Plankton → stingsild → ørret → toppdykker. Jo større og flere prikker, jo høyere konsentrasjoner. Illustrasjon: Bjørn Norheim. Illustrasjonen er modifisert av Mattilsynet.