POP thường là các hợp chất hữu cơ được halogen hóa và do đó có khả năng hòa tan trong lipid cao. Vì lý do này, chúng sẽ tích lũy sinh học trong các mô mỡ. Các hợp chất halogen hóa cũng thể hiện tính ổn định cao, cho thấy các liên kết C-Cl không phản ứng với quá trình thủy phân và quang phân ly. Tính ổn định và ưa ẩm của các hợp chất hữu cơ thường tương quan với hàm lượng halogen của chúng, do đó các hợp chất hữu cơ đa halogen được đặc biệt quan tâm. Chúng gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường thông qua hai quá trình, phân tán tầm xa, cho phép chúng di chuyển xa khỏi nguồn của chúng và tích lũy sinh học, làm cô đặc lại các hợp chất hóa học này đến mức nguy hiểm tiềm tàng.[3] Các hợp chất tạo nên POP cũng được phân loại là PBT (khó phân hủy, tích lũy sinh học và độc) hoặc TOMP (chất ô nhiễm vi sinh hữu cơ độc hại).[4]

Phân tán tầm xa

POP chuyển sang thể khí ở nhiệt độ môi trường nhất định và bay hơi từ đất, thảm thực vật và các vùng nước vào khí quyển. Chúng khó bị phân hủy trong không khí, di chuyển một quãng đường dài trước khi được lắng đọng lại.[5] Điều này dẫn đến việc tích tụ POP ở những khu vực cách xa nơi chúng được sử dụng hoặc phát thải, cụ thể là những môi trường nơi POP chưa từng xuất hiện như Nam Cực và vòng Bắc Cực.[6] POP ​​có thể tồn tại dưới dạng hơi trong khí quyển hoặc liên kết với bề mặt của các hạt rắn (sol khí). Một yếu tố quyết định cho việc vận chuyển tầm xa là một phần POP được hấp phụ bởi sol khí. Ở dạng hấp phụ, nó – trái ngược với pha khí – được bảo vệ khỏi quá trình oxy hóa quang, nghĩa là quá trình quang phân ly trực tiếp cũng như quá trình oxy hóa bởi các gốc OH hoặc ozone.[7][8]

POP có độ hòa tan thấp trong nước nhưng dễ dàng bị các hạt rắn bắt giữ và hòa tan trong chất lỏng hữu cơ (dầu, chất béo và nhiên liệu lỏng). POP khó bị phân hủy trong môi trường do tính ổn định và tốc độ phân hủy thấp. Do khả năng phân tán tầm xa này, ô nhiễm môi trường POP rất lớn, ngay cả ở những khu vực mà POP chưa bao giờ được sử dụng và sẽ tồn tại trong những môi trường này nhiều năm sau khi các biện pháp hạn chế được thực hiện do khả năng chống phân hủy của chúng.[9][10]

Tích lũy sinh học

Tích lũy sinh học của POP thường liên quan đến khả năng hòa tan lipid cao của hợp chất và khả năng tích tụ trong các mô mỡ của các sinh vật sống trong thời gian dài.[9][11] Hợp chất khó phân hủy có xu hướng có nồng độ cao hơn và đào thải chậm hơn. Tích lũy trong chế độ ăn uống hoặc tích lũy sinh học là một đặc điểm nổi bật khác của POP, khi POP di chuyển theo chuỗi thức ăn, chúng tăng nồng độ khi được xử lý và chuyển hóa trong một số mô của sinh vật. Chức năng tự nhiên của ống tiêu hóa ở động vật là để tập trung hóa chất ăn vào, cùng với khả năng chuyển hóa kém và bản chất kỵ nước của POP, làm cho các hợp chất này rất dễ bị tích lũy sinh học.[12] Do đó, POP không chỉ tồn tại trong môi trường mà khi được động vật hấp thụ, chúng còn tích lũy sinh học, làm tăng nồng độ và độc tính của chúng trong môi trường.[5][13] Sự gia tăng nồng độ này được gọi là quá trình khuếch đại sinh học, tức là khi các sinh vật ở vị trí cao hơn trong chuỗi thức ăn tích lũy nhiều POP hơn.[14] Tích lũy sinh học và phân tán tầm xa là lý do tại sao POP có thể tích tụ trong các sinh vật như cá voi, thậm chí ở những vùng xa xôi như Nam Cực.[15]