Stężenie PBDE we krwi techników komputerowych czy pracowników pracujących przy ręcznym demontażu sprzętu elektronicznego jest kilkukrotnie wyższe niż u osób o innym zajęciu.
Wpływ na zdrowie PBDE aktywując reaktywne formy tlenu mogą uszkadzać DNA, choć z badań na drobnoustrojach nie wynika, żeby były mutagenami. Jednak na podstawie badań na szczurach uważa się, że ekspozycja na duże ilości PBDE nagromadzone w wyniku bioakumulacji jest przyczyną powstawania nowotworów. Również u gryzoni zaobserwowano nienowotworowe zmiany w układzie rozrodczym, w tym zmniejszoną ruchliwość plemników, immunologicznym oraz nietypowe zachowanie wynikające z nieprawidłowego rozwoju mózgu w młodości. Ponadto PBDE to związki endokrynnie czynne. Zaobserwowano ich działanie uczulające na układ oddechowy. Oddziałują również toksycznie na organizmy wodne.
Istnieją różnice w toksyczności między różnymi kongenerami, co wynika m.in. z różnic w ich wchłanianiu i metabolizmie. Różny jest też czas wydalania z organizmu tych cząsteczek, które nie uległy bioakumulacji. Najkrótszy jest biologiczny okres półtrwania BDE-209, wynosząc 14 dni w organizmie ludzkim, a poniżej 24 godzin w szczurzym.