有机磷杀虫药中毒的主要机理是抑制胆碱酯酶活性，导致乙酰胆碱在突触间隙蓄积，持续刺激胆碱能受体引发毒性反应。有机磷化合物通过磷酸化胆碱酯酶的丝氨酸羟基，形成难以水解的磷酰化胆碱酯酶，使神经递质乙酰胆碱无法被正常分解。
有机磷杀虫药进入人体后，其磷酸根与胆碱酯酶活性中心的丝氨酸羟基结合，形成磷酰化胆碱酯酶。这种结合非常稳定，导致胆碱酯酶失去水解乙酰胆碱的能力。乙酰胆碱作为重要的神经递质，在胆碱能神经突触中过量堆积，持续激动毒蕈碱型受体和烟碱型受体。毒蕈碱样症状表现为瞳孔缩小、流泪流涎、支气管痉挛等副交感神经过度兴奋表现；烟碱样症状包括肌束震颤、肌无力等运动神经功能障碍；中枢神经系统症状可能出现头痛、昏迷等。中毒程度与胆碱酯酶活性抑制率直接相关，当红细胞胆碱酯酶活性降至30％以下时，通常出现典型中毒症状。
长期接触低剂量有机磷杀虫药可能引起迟发性神经病变，其机理与神经病靶酯酶抑制有关。某些有机磷化合物还可诱导中间综合征，表现为突触后神经肌肉接头传导障碍。部分有机磷在体内代谢过程中可能生成更剧毒的氧化产物，如对氧磷比对硫磷毒性强数倍。不同种类有机磷杀虫药的毒性差异主要取决于其化学结构中取代基团对胆碱酯酶亲和力及磷酰化胆碱酯酶老化速度的影响。
预防有机磷中毒需严格规范农药使用流程，操作时穿戴防护装备。出现中毒症状应立即脱离污染源，用肥皂水清洗污染皮肤，及时就医进行胆碱酯酶复能剂和阿托品联合治疗。定期开展农业生产者安全用药培训，家中农药应储存在儿童无法接触的安全位置，废弃容器须专业处理避免环境污染。
