Попадая в органы дыхания, кадмий легко проникает в общий кровоток и очень скоро обнаруживается в почках, печени, поджелудочной железе, легких, волосах, костной ткани. Накопление кадмия в тканях зависит от возраста, курения, перенесенных заболеваний, от концентрации его в окружающей среде. Место депонирования кадмия — печень, почки. Выведение кадмия осуществляется через желудочно-кишечный тракт, небольшая часть выводится через почки и с потом.
Кадмий практически токсичен для всех тканей, так как имеет долгий биологический цикл.
Под влиянием кадмия происходит увеличение концентрации глюкозы и мочевины в крови. Кадмий обладает канцерогенным и тератогенным действием за счет ингибирования ДНК-полимеразы печени. Токсин нарушает активность аланиновой и аспарагиновой трансаминаз, щелочной фосфатазы. Одним из механизмов действия кадмия является блокирование SH-групп.
Некоторыми авторами обсуждается роль металлотионеинов в токсическом действии кадмия. Металлотионеины образуются в печени и в почках. Он представляют собой белок низкой молекулярной массы, богатый цистеином. В металлотионеине содержится кадмий и цинк в эквивалентных количествах. При избыточном поступлении первого в организм происходит вытекание второго из металлотионеина. Индуцируемый кадмием синтез металлотионеина играет защитную роль и в известной степени предотвращает развитие токсических эффектов при остром и хроническом его воздействии.