自然界中的SiO₂成结晶形或无定形。石英、长石主要由结晶形SiO₂组成；而硅藻土则主要由无定形SiO₂构成。硅的毒性作用与其直径大小、理化状态有关。

一、硅进入体内的毒性

（一）急性毒性

一般认为，SiO₂颗粒越小毒性越大；胶状比固体毒性强。大鼠一次静脉注入无定形SiO₂（颗粒直径为0.025～0.05μm），其LD₅₀为15mg/kg；石英（颗粒直径100～200μm），LD₅₀为500mg/kg。细小的胶状SiO₂颗粒（直径0.002μm）的毒性很大。大颗粒毒性虽然小，如剂量增大也会杀死动物。1953年Dale，J.G.[53]发现，静脉注入1～2mg胶状SiO₂或25mg较大颗粒的结晶形SiO₂都可杀死小鼠。家兔的致死剂量为静脉注入30～70mg胶状SiO₂，致死原因可能是SiO₂损伤血管内皮细胞形成血栓。腹腔注射致死剂量为：小鼠1～2mg胶状SiO₂、豚鼠30mg胶状SiO₂、大鼠50mg；而吸入300mg/m³无定形SiO₂对家兔也有致死性。

（二）慢性毒性

1.硅对免疫系统影响  1985年Hannant，D.等[54]报告，给啮齿类动物石英粉尘后，刺激来源于脾脏的T细胞增生；并有浆细胞、肥大细胞、颗粒白血球浸润现象。与其相反，Miller，S.D.等[55]观察到石英粉尘可抑制来源于脾脏的B细胞生长。1983年，Mancino等发现石英粉尘可刺激小鼠产生抗体，这与Burns，C.A.等[56]所提出的小鼠吸入石英后，损伤对吸入大肠杆菌抗原的反应能力颇不一致。

2.硅与其它病变  1963年Mosinger等报告，给家兔和大鼠大剂量SiO₂除了引起矽肺外，大部分动物组织有纤维玻璃样变性，以肝最明显，还可见肾小球囊纤维化、肾小管淀粉样和玻璃样变性。

二、硅的体外实验毒性

（一）红细胞

SiO₂对红细胞有溶血作用，以鳞石英作用最强，依次为石英、方石英、玻璃石英等。Hef－ner，R.E.等[57]发现，在1～15mg/mL范围内的石英溶血作用较强。

（二）巨噬细胞

由于SiO₂对巨噬细胞损伤是诱发矽肺的重要步骤，不少学者用体外培养研究了SiO₂对巨噬细胞的毒性作用和其机理，为阐明SiO₂的致纤维作用提供了重要依据。SiO₂对巨噬细胞的毒性取决于细胞来源、矿物质类型及其表面活性。Katsnelson等发现，石英杀死大鼠腹腔巨噬细胞的能力比鳞石英强；但有人证实，鳞石英、方石英对培养的豚鼠白细胞毒性比石英强8倍，用氢氟酸洗去石英表层后增加了对家兔腹腔巨噬细胞的毒性。姜志尧等[58～61]观察了SiO₂对小鼠腹腔巨噬细胞的毒性效应，并对其作用机理进行了探讨。电镜下可见巨噬细胞吞噬了SiO₂后使细胞伪足间形成的多种桥连解脱，甚至消失。有些巨噬细胞吞噬了SiO₂后很快死亡，其酸性磷酸酶和非特异性脂酶活性下降。作者认为，可能由于SiO₂在细胞表面产生微量硅酸与膜结构上的蛋白质或脂类分子产生氢键反应，引起分子结构改变，使溶酶体水解酶释入胞浆，导致细胞失活或死亡。1985年，曹承敬等[62]报告SiO₂能使豚鼠肺泡巨噬细胞膜脂流动性升高，细胞膜对K⁺的通透性增加，细胞膜脱水，使水分子与其在膜表面结合基团分离，导致细胞表面荷电特性改变可能是SiO₂损伤巨噬细胞膜的机理。1988年，司徒锐[63]证实染石英后，大鼠肺泡Ⅱ型上皮细胞对离体气管、肺泡冲洗液中肺泡巨噬细胞有明显的趋化作用，表明在早期实验性矽肺病变形成的过程中，Ⅱ型上皮细胞与肺巨噬细胞之间有相互依存关系。Heppleston，A.G.等[64]发现巨噬细胞与石英粉尘同时培养后，其提取液可刺激体外培养的大鼠成纤维细胞胶原形成。此后不少学者都证实，体外培养下的SiO₂能增加几种啮齿类动物肺或腹腔巨噬细胞纤维形成，有人认为形成纤维的因素之一是白细胞介素1。

（三）其它细胞

1982年Lemaire，Ⅰ.等[65]证实，SiO₂（Min-U-Sil颗粒直径5μm）可增加原代培养的人和家兔肺成纤维细胞胸腺嘧啶核苷掺入和羟基卟啉含量，但对中国地鼠V79-4细胞克隆形成率和人肺泡Ⅱ型细胞的巨细胞形成作用不明显。