氯氣主要通過呼吸道侵入人體，溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和鹽酸，對上呼吸道黏膜造成有害影響。次氯酸使組織受到強烈的氧化，鹽酸刺激黏膜發生炎性腫脹，使呼吸道黏膜浮腫，大量分泌黏液，造成呼吸困難。氯氣中毒的明顯癥狀是劇烈咳嗽，癥狀重時，會引發肺水腫，使循環作用困難而致死亡。由食道進入人體的氯氣會使人惡心、嘔吐、胸口疼痛和腹瀉。氯氣吸入后主要作用于氣管、支氣管、細支氣管和肺泡，導致相應的病變，部分氯氣又可由呼吸道呼出。人體對氯的嗅閾為0.06mg/m3，90mg/m3可致劇咳，120～180mg/m3，30～60min可引起中毒性肺炎和肺水腫，300mg/m3時，可造成致命損害，3000mg/m3時，危及生命，高達30000mg/m3時，一般濾過性防毒面具也無保護作用。氯氣的中毒機制在于其吸入后與粘膜和呼吸道的水作用，形成氯化氫和新生態氧。氯化氫可使上呼吸道粘膜炎性水腫、充血和壞死，新生態氧對組織具有強烈的氧化作用，并可形成具細胞原漿毒作用的臭氧。氯濃度過高或接觸時間較久，常可致深部呼吸道病變，使細支氣管及肺泡受損，發生細支氣管炎、肺炎及中毒性肺水腫。由于刺激作用使局部平滑肌痙攣而加劇通氣障礙，加重缺氧狀態；高濃度氯吸入后，還可刺激迷走神經引起反射性的心跳停止。其他鹵素單質如溴、碘等也具有類似毒性，但程度可能有所不同。在接觸鹵素單質時，應采取適當的防護措施，避免吸入或攝入，以免對健康造成危害。