化学或物理因素作用于雌、雄机体生殖系统所产生的组织结构和功能活动中的毒副作用。可发生于生殖细胞分化、精子和卵子形成、排卵、受精卵形成、着床、胚胎发育、个体器官形成等整个生殖和发育过程。毒作用包括从亲体繁殖能力到后代生殖功能，涉及亲子代生殖系统器官结构、生理和生化功能、遗传和生殖特征等方面的异常反应。
生殖毒性
指因有害因素作用而导致的成熟机体生殖器官结构和功能的异常。包括对雄性生育力、雌性生育力、异常分娩和哺乳等方面的影响，一般分为雄性和雌性生育力毒性。
①雄性生育力毒性：雄性生育力毒性包括雄性生殖器官的器质性损害和功能性改变。具体体现在生精细胞的成熟、激素分泌释放规律的紊乱、精子形态学、精子数量、精子质量、精子活力、机体交配行为的异常、交配能力或生育力的改变。
②雌性生育力毒性：雌性生育力毒性包括雌性生殖器官的器质性损害和功能性改变。具体体现在卵巢细胞的成熟、激素分泌释放规律的紊乱、卵泡数量、卵泡质量、卵泡形态学、机体交配行为的异常、交配能力或生育力的改变。
③异常分娩：有害因素对机体作用而反映在分娩方面的毒性，包括分娩异常（即难产）和分娩时间的改变。
④哺乳异常：有害因素对动物哺乳的毒性，包括母体哺乳行为、乳汁质量和数量的改变。
发育毒性
指因机体在受精之前、出生之前或出生之后，直至性成熟过程中暴露于外源化学物，而产生发育过程中的不良作用。主要表现为死亡、形态变化（畸形或变异）、生长发育改变和功能性损伤。
①死亡：即发生于从早期受精至断乳期的任何时间内（如胚胎-胎仔死亡是由于发育毒性所致死亡的一个子集）与发育毒性相关的机体死亡。常见的死亡有：着床前或着床中的丢失、早期或晚期吸收、流产、死胎、新生期间的死亡、离乳期前后死亡。
②形态变化（畸形或变异）：形态形成异常通常被看作子代骨骼或软组织的畸形或变异，通常是指结构上的畸形或变异。
③生长发育改变：生长发育改变通常被看作是发育的迟缓，虽然发育过快或早熟可能也被认为是生长发育的改变。体重是评价生长速率的最常用指标。也可测量顶-臀长度和肛门生殖器间距离，有时不太明确一个结果是否是直接的结构性改变，或是生长抑制，如可能是骨化减少，做出辨别必须基于对所有相关资料的评价。
④功能性损伤：功能性损伤可包括任何正常生理或生化功能的持久性改变，但是仅代表性地测定发育性神经行为和生殖功能。常规的评价包括：自发活动、学习和记忆力、反射能力的变化、性成熟时间、交配行为、生育力。
评价方法与指标
最经典的生殖和发育毒性评价方法主要包括生育力与早期胚胎发育毒性试验（又称一般生殖毒性试验，或Ⅰ段生殖毒性试验）、胚胎-胎仔发育毒性试验（又称致畸敏感期毒性试验，或Ⅱ段生殖毒性试验）和围生期毒性试验（又称Ⅲ段生殖毒性试验）。
◎生育力指数
指交配动物中确定妊娠动物的百分率，属于生殖毒性主要指标之一。该指标是描述交配实验结果的主要指标。啮齿类动物在成功交配之前需要完成几次插入动作。这些生理行为触发子宫收缩、精子运动能力增强、激素的改变并为子宫接受囊胚泡进行准备。如果生育力作为一个孤立的终点进行评价，其对生殖系统紊乱的预测能力是比较差的，必须与其他指标一起进行综合评价（如脏器重量、肉眼和显微镜可见的组织病变、动情周期资料以及卵母细胞数量等）才可能初步了解有关生殖系统损害的信息。生育力指数=有子代幼鼠的动物数目/用于交配的动物数目×100%。
◎生存指数
即总体子代中在指定时间点统计时的存活子代百分率。这些指数是生殖毒性研究的主要终点，反映了子代出生后至断乳期间的生存能力。如大鼠生存指数或生存能力指数通常在产后第4日（PND4）及第7、14和21日检查。如果在PND4进行胎仔标准化或胎仔选择，那么PND4生存存活率应该基于选择前的子代数。接下来所有生存指数的计算，都应该使用胎仔标准化后的剩余子代数作为公式中的分母。如果在PND4进行胎仔标准化，那么PND21计算的就是哺乳指数。如果未进行胎仔标准化，那么PND21计算的就是断乳指数。生存指数=存活子代数（在指定时间点）/出生时子代数×100%。
◎胎儿畸形
是生殖细胞或胚胎暴露于外源化学物引起胎儿出现一种永久性的结构变化，可能会对研究条件下物种的生存或者健康造成不利影响。也就是说，畸形改变了身体的一致性，破坏或干扰了正常的身体功能，或出现了可能与生命不兼容的结构异常。
致畸胎学原理
1959年，美国畸胎学家J.G.威尔逊第一次尝试性提出了“致畸胎学作用原理”，1977年这些原理在威尔逊和F.C.弗雷泽的《畸胎学手册》中明确提出，现已经成为该领域标准制定的基本宗旨。这些原理根据现代胚胎学、遗传学、药理学、毒理学和流行病学等许多基础学科的原理和临床医学观察，从大量的畸胎学研究资料，特别是实验研究资料归纳总结而来，是畸胎学基本理论的重要组成部分。《畸胎学手册》中提出的六项原则：
①致畸作用的敏感性取决于孕体的基因型以及它是以何种方式与环境因素之间相互作用。出生缺陷的表现类型和发生频率，受母体、胚胎或发育个体遗传基因的调控，并且与遗传基因和环境致畸原之间的相互反应方式有关。
②不同发育阶段的胚胎对致畸原致畸作用的敏感性不同。出生缺陷的类型和发生频率取决于致畸原作用于胚胎的时间。一般而言，致畸原只有在某一器官的原基阶段或者发育敏感期内作用于胚胎，才能引起胚胎该器官的发育异常。
③致畸因子以特定的方式（作用机制）作用于发育中的细胞和组织而启动异常的胚胎发生（发病机制）。
④发育异常的最终表现是死亡、畸形、生长迟缓和功能障碍。
⑤不利的环境因子的介入对发育组织所造成的影响取决于影响因子的自身特性（媒介）。致畸原本身的理化性质和生物学活性决定着它们能否进入和作用于胚胎组织，并且与其存母体和胚胎组织中的动力学特征有关。是否引起胚胎的发育异常取决于致畸原在胚胎组织中是否达到或者超过了阀限值，或者是否在胚胎组织中蓄积。
⑥从未观察到毒性影响至致死剂量之间，随着剂量增加而出现观察到的发育异常程度增加。致畸原引起的胚胎发育异常基本符合剂量-效应（反应）关系，绝大多数致畸原具有诱发畸形或发育异常的阈作用剂量。在一定剂量范围内，胚胎毒性效应（反应）随接触剂量加大而呈正比增加。
化学物的生殖发育毒性有两个显著的特点：
①生殖过程较机体的其他系统或功能对某些化学物的毒作用更为敏感，在成体系统毒性“无明显损害作用水平”（NOAEL）时胎儿即可受到影响，如妊娠期接触过不足以引起肿瘤的低剂量二乙基亚硝胺（Diethyllnitrosamine），仔鼠成年后再次接触，则肿瘤发生率增加。
②损害作用不仅表现在接触其他物质的机体本身，还可影响其后代，如母鼠接触高浓度二硫化碳引起致畸作用，其子一代即使不再接触二硫化碳，交配后所生的子二代仔鼠也会出现与子一代仔鼠几乎完全相同的畸变类型。