Thiomersal rất độc hại khi hít thở, nuốt bằng đường miệng và khi tiếp xúc với da (biểu tượng nguy hại của EC là T+), với nguy hiểm là các hiệu ứng tích lũy. Nó cũng là rất độc hại với các thủy sinh vật và có thể gây ra các hiệu ứng nguy hại dài hạn trong các môi trường thủy sinh (biểu tượng nguy hại của EC là N)[13]. Trong cơ thể, nó bị chuyển hóa hay phân rã thành ethyl thủy ngân (C2H5Hg+) và thiosalicylat[6].

Chỉ mới có một vài nghiên cứu về độc tính của thiomersal đối với con người được thực hiện. Một số trường hợp ngộ độc thủy ngân nghiêm trọng do phơi nhiễm ngẫu nhiên hay do tự tử có chủ định đã được thông báo, với một số ca tử vong[14]. Các thử nghiệm trên động vật cho thấy thiomersal bị phân rã nhanh chóng thành ethyl thủy ngân sau khi tiêm; các kiểu sắp xếp của thủy ngân là tương tự như của phơi nhiễm ethyl thủy ngân clorua với cùng các liều tương đương; với các mục tiêu là hệ thần kinh trung ương và thận, và thiếu sự phối hợp vận động là dấu hiệu chung. Các dấu hiệu và triệu chứng tương tự cũng được quan sát thấy ở các vụ ngộ độc ngẫu nhiên ở người. Các cơ chế hoạt động gây độc vẫn chưa rõ. Sự bài tiết theo phân chiếm phần lớn sự loại bỏ thiomersal ra khỏi cơ thể. Ethyl thủy ngân loại ra khỏi máu với chu kỳ bán thải khoảng 18 ngày ở người trưởng thành. Ethyl thủy ngân bị loại bỏ khỏi não trong khoảng 14 ngày ở khỉ vị trưởng thành.

Đánh giá rủi ro của các tác động đối với hệ thần kinh được thực hiện bằng cách ngoại suy từ các quan hệ phản ứng trên liều đối với methyl thủy ngân[15]. Methyl thủy ngân và ethyl thủy ngân phân bố vào mọi mô trong cơ thể, vượt qua rào cản máu–não và rào cản nhau thai, và ethyl thủy ngân cũng di chuyển tự do trong khắp cơ thể[16]. Các e ngại dựa trên ngoại suy từ methyl thủy ngân đã làm cho Hoa Kỳ bắt đầu loại bỏ thiomersal ra khỏi các vắc xin dành cho trẻ em từ năm 1999. Kể từ đó, người ta đã nhận thấy rằng ethyl thủy ngân bị loại khỏi cơ thể và não nhanh hơn đáng kể so với methyl thủy ngân, vì thế đánh giá rủi ro vào cuối thập niên 1990 có lẽ là thận trọng quá mức[15]. Mặc dù thủy ngân vô cơ được chuyển hóa từ ethyl thủy ngân có chu kỳ bán thải trong não lâu hơn, ít nhất là 120 ngày, nhưng dường như nó là ít độc hại hơn so với thủy ngân vô cơ tạo ra từ hơi thủy ngân, vì những lý do chưa rõ[15].

Dị ứng

Thiomersal được sử dụng trong thử nghiệm miếng đắp đối với những người bị viêm da, viêm màng kết, và các phản ứng dị ứng tiềm tàng khác. Nghiên cứu năm 2007 ở Na Uy nhận thấy rằng 1,9% người trưởng thành có kết quả dương tính thử nghiệm miếng đắp đối với thiomersal[17]; sự thịnh hành cao hơn của dị ứng tiếp xúc (tới 6,6%) được quan sát thấy ở người Đức[18]. Các cá nhân mẫn cảm thiomersal có thể tiêm chủng bằng cách tiêm trong cơ thay vì tiêm dưới da[19], mặc dù cho tới nay vẫn chưa có nghiên cứu nào liên quan tới vấn đề này với việc lấy mẫu nhiều hơn. Trong thực tiễn tiêm chủng thực tế của người trưởng thành, dị ứng tiếp xúc dường như không gợi ra phản ứng lâm sàng[18]. Dị ứng thiomersal đã giảm xuống tại Đan Mạch, có lẽ là do việc loại bỏ nó ra khỏi các vắc xin sử dụng tại đây[20]. Trong nghiên cứu gần đây về trẻ em và thanh thiếu niên Ba Lan với eczema kinh niên/hồi quy, các phản ứng dương tính với thiomersal được tìm thấy ở 11,7% trẻ em (7-8 tuổi) và 37,6% thanh thiếu niên (16–17 tuổi). Sự khác biệt này về tỷ lệ mẫn cảm có thể được giải thích bằng thay đổi các kiểu mẫu phơi nhiễm: Thanh thiếu niên đã được tiêm chủng 6 vắc xin bảo quản bằng thiomersal trong cuộc đời họ, với lần tiêm chủng cuối cùng diễn ra 2–3 năm trước nghiên cứu trên, còn trẻ em mới chỉ tiêm 4 vắc xin bảo quản bằng thiomersal, với lần tiêm cuối diễn ra 5 năm trước nghiên cứu này, trong khi các lần tiêm chủng tiếp theo được thực hiện bằng các vắc xin mới không chứa thiomersal[21].

Tự kỷ

Sau xem xét lại thực phẩm và dược phẩm chứa thủy ngân bắt buộc vào năm 1999, Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh (CDC) và Viện Nhi khoa Hoa Kỳ (AAP) đã yêu cầu các nhà sản xuất vắc xin loại bỏ thiomersal ra khỏi các vắc xin như là một biện pháp phòng ngừa thuần túy, và nó đã nhanh chóng bị loại bỏ ra khỏi phần lớn các vắc xin tại Hoa Kỳ và châu Âu[5][22]. Nhiều ông bố bà mẹ nhìn nhận hành động loại bỏ thiomersal—trong khung cảnh tốc độ mắc chứng tự kỷ ngày càng tăng có thể cảm nhận được cũng như số lượng các vắc xin ngày càng tăng trong lịch tiêm chủng trẻ em—như là chỉ thị cho rằng chất bảo quản này là nguyên nhân gây ra chứng tự kỷ[5]. Sự đồng thuân khoa học cho rằng không có chứng cứ khoa học nào hỗ trợ cho các tuyên bố trên, bao gồm cả quan sát cho thấy tốc độ mắc chứng tự kỷ vẫn tiếp tục gia tăng mặc cho sự loại bỏ thiomersal ra khỏi các vắc xin được chỉ định thường lệ cho trẻ em[23][24][25]. Các tổ chức khoa học và y học lớn như Viện Y học Hoa Kỳ (IOM)[25] và Tổ chức Y tế Thế giới (WHO)[26] cũng như các cơ quan chính phủ như Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA)[6] và CDC[27] bác bỏ bất kỳ vai trò nào của thiomersal trong chứng tự kỷ hay các rối loạn phát triển thần kinh khác[28]. Tranh cãi này đã gây ra thiệt hại do các ông bố bà mẹ cố gắng chữa trị những đứa con mắc chứng tự kỷ của họ bằng các liệu pháp chưa được chứng minh và có thể gây nguy hiểm, ngăn cản các ông bố bà mẹ đưa con cái đi tiêm chủng do e sợ về độc tính của thiomersal[29] và làm chệch hướng các nguồn lực ra khỏi các nghiên cứu đầy triển vọng trong việc tìm ra nguyên nhân của chứng tự kỷ[30]. Hàng nghìn vụ kiện tụng đã được đưa ra tòa Liên bang Hoa Kỳ để tìm kiếm các tổn hại do độc tính bị quy cho là từ các vắc xin, bao gồm cả những vụ mà thiomersal bị nghi là nguyên nhân gây ra[31].