有机磷杀虫药中毒的原理主要是有机磷化合物抑制胆碱酯酶活性，导致乙酰胆碱在神经突触间隙大量蓄积，持续刺激胆碱能受体引发中毒症状。
有机磷杀虫药通过皮肤接触、呼吸道吸入或消化道摄入进入人体后，其磷酸根与胆碱酯酶活性中心的丝氨酸羟基结合，形成难以水解的磷酰化胆碱酯酶。胆碱酯酶失活后无法正常分解乙酰胆碱，造成乙酰胆碱在副交感神经节后纤维、交感神经节前纤维、运动终板及中枢神经系统等部位过度堆积。乙酰胆碱与M受体结合可产生毒蕈碱样症状，表现为瞳孔缩小、流泪流涎、支气管痉挛、腹痛腹泻等。与N受体结合则引发烟碱样症状，包括肌束震颤、肌无力甚至呼吸肌麻痹。中枢神经系统乙酰胆碱过量蓄积可能导致头痛烦躁、意识障碍或昏迷。
磷酰化胆碱酯酶会随时间推移发生老化，即从可逆性抑制转为不可逆性抑制。中毒早期使用肟类复能剂可使磷酰化胆碱酯酶恢复活性，但老化后复能剂无效，需依赖新合成胆碱酯酶替代。部分有机磷化合物还能直接与胆碱能受体结合，这种非胆碱酯酶抑制效应会加重中毒症状的复杂性。
接触有机磷杀虫药后应立即脱离污染源，脱除污染衣物并用肥皂水清洗皮肤。出现中毒症状需尽快就医，临床常用阿托品对抗M样症状，氯解磷定注射液或碘解磷定注射液作为胆碱酯酶复能剂，严重中毒可能需血液净化治疗。日常储存农药应远离生活区，喷洒作业时穿戴防护装备，避免皮肤直接接触和吸入药雾。
