Ponadto TZO gromadzą się w organizmach żywych w wyniku procesu bioakumulacji. TZO nie są rozpuszczalne w wodzie, ale są łatwo rozpuszczalne w tłuszczach, odkładają się w tkance tłuszczowej, gdzie ich stężenie może zwiększyć się 70 tysięcy razy powyżej stężenia w otoczeniu. Ryby, ptaki drapieżne, ssaki i ludzie znajdują się na szczycie łańcucha pokarmowego, dlatego absorbują w sobie największe stężenia. Kiedy się przemieszczają, TZO przemieszczają się razem z nimi. W wyniku tych dwóch procesów, TZO można wykryć w organizmach żyjących w regionach oddalonych o tysiące kilometrów od głównych źródeł TZO.
Wśród szczególnych skutków narażenia na TZO można wymienić nowotwory, alergie, nadwrażliwości, uszkodzenia ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego, zaburzenia płodności oraz zaburzenia układu immunologicznego. Niektóre z TZO są również zaliczane do substancji zaburzających funkcjonowanie układu hormonalnego (ang. endocrine disrupters), które poprzez zmiany funkcji układu endokrynnego powodują uszkodzenia układów rozrodczego i immunologicznego narażonych osobników, a także u ich potomstwa.