Поскольку полоний в ничтожных количествах присутствует в окружающей среде, используется в медицине и в некоторых отраслях промышленности, то для него, как и для всякого другого радиоизотопа, регулярно проводятся исследования по токсикологии. Если судить по таким журналам, как «Chemical Abstracts», «Toxicology Abstracts», «Toxicology», «Toxic Substances Journal», «Toxicologic Pathology», «Radiology», а также советским и российским журналам «Медицинская радиология» и «Радиобиология», то можно обнаружить, что ежегодно публикуется от 100 до 150 исследований по токсикологии полония и не менее 60–70 работ по характеристике разных методов его производства и очистки. Больше 80 процентов всех публикаций по токсикологии полония проводятся учеными США, Германии, Франции и других западных стран, относящихся к категории «ядерных». Большинство исследований по токсикологии полония проводились на лабораторных животных, в основном мышах и крысах.

Полоний не играет в организме какой-либо биологической роли. Однако при попадании в организм солей полония максимальное количество этого изотопа откладывается в печени, почках и селезенке. Известна работа по распределению полония, внутривенно инъецированного в форме полоний-цитрата обезьянам бабуинам. Было установлено, что 29 процентов введенного полония быстро фиксировалось в печени, 7 процентов — в почках и только 0,6 процента — в селезенке. Полоний не фиксировался ни в одном из органов на длительный срок, и период его «полувыведения» из организма составлял от 15 до 50 дней. Избирательное повреждение полонием именно почек было установлено в 1971 году в работе А. К. Гуськовой и Г. Д. Бойсоголова, работавших в тот период в радиобиологическом отделе атомного центра Челябинск-40, производившего оружейный плутоний. Нефротоксическое действие полония определяется тем, что тяжелые металлы очень медленно фильтруются через почечные канальцы в мочу. Существуют разнообразные публикации о повреждениях полонием желудочно-кишечного тракта, печени и других органов.

Первая книга по этой теме — «Токсикология полония» профессора В. А. Саноцкого была издана в СССР в 1964 году. В настоящее время главными центрами в России по изучению токсикологии полония и других радионуклидов являются Петербургский научно-исследовательский институт радиационной гигиены имени профессора П. М. Рамзаева и Государственный научный центр — Институт биологической физики АМН РФ. В этом центре вместе с его филиалами в 2002 году работало больше 400 научных сотрудников.

Проблема летальных доз полония-210 экспериментально изучалась только на животных. В опытах с крысами было показано, что при инъекциях растворов солей полония в количествах 40 микрокюри на килограмм веса тела половина крыс умирала в течение 39 дней. При пересчете на средний вес человека это означало 3 милликюри — минимальную летальную дозу. Летальной обозначают дозы, от которых в определенный период умирает 50 процентов экспериментальных животных. Однако мелкие животные, такие как крысы, более чувствительны к некоторым радиоизотопам, так как имеют более интенсивный обмен, чем крупные и человек, и более быстрое деление клеток. Поэтому переносить летальность доз с одного вида животных на другой нельзя. Наиболее радиочувствительными являются птицы, наименее — пресмыкающиеся и земноводные. Лягушки выдерживают в 10–20 раз большие дозы и внешнего и внутреннего облучения, чем мыши и крысы. Цитированная работа по экспериментам с крысами, выполнявшимся учеными из Университета Аризоны в 1987 году, была посвящена поискам антидота к полонию, который бы снижал его токсичность и ускорял выведение из организма. Авторы нашли несколько органических соединений, которые уменьшали токсичность полония в 3–4 раза за счет ускорения вывода его из организма.