Việc xếp loại các thuốc trừ sâu được thực hiện theo nhiều cách:

• Các loại thuốc trừ sâu ngấm vào cơ thể được kết hợp vào trong các loại cây được xử lý. Các loại côn trùng ăn vào thuốc trừ sâu khi ăn cây.
• Các loại thuốc trừ sâu tiếp xúc độc hại với côn trùng có tiếp xúc trực tiếp với chúng. Tính hiệu quả thường liên quan tới số lượng sử dụng, với các giọt nhỏ (như sương) thường cải thiện tính năng[2].
• Các loại thuốc trừ sâu tự nhiên, như các chiết xuất nicotine, pyrethrum và neem do các loại cây tạo ra để bảo vệ chống lại côn trùng. Các loại thuốc trừ sâu dựa trên nicotine đã bị cấm tại Hoa Kỳ từ năm 2001 để ngăn chặn dư lượng làm nhiễm độc thực phẩm.[3]
• Các loại thuốc trừ sâu vô cơ dược sản xuất bằng các kim loại bao gồm các hợp chất arsenate đồng- và fluorine, hiện ít được sử dụng, và sulfur, thường được sử dụng.
• Các loại thuốc trừ sâu hữu cơ là các hoá chất tổng hợp chiếm phần lớn lượng thuốc trừ sâu sử dụng ngày nay.
• Phương pháp hành động – cách thuốc trừ sâu tiêu diệt hay làm tê liệt một loại sâu hại – là một cách khác để xếp loại các thuốc trừ sâu. Phương pháp hành động quan trọng trong tiên đoán liệu một loại thuốc trừ sâu có độc hại với những giống loài khác không, như cá, chim và các loài thú có vú.

Các kim loại nặng, ví dụ arsen đã được sử dụng trong thuốc trừ sâu; chúng rất độc và hiện hiếm khi được các nông dân sử dụng.

Các hợp chất organochlorine

Các tính chất diệt côn trùng nổi bật nhất của hạng thuốc trừ sâu này, DDT, được thực hiện bởi Nhà khoa học người Thuỵ Sĩ Paul Műller. Vì phát minh này, ông đã được trao Giải Nobel Sinh học và Y tế năm 1948. DDT được đưa ra thị trường năm 1944. Với sự xuất hiện của ngành công nghiệp hoá chất hiện đại, đã có thể chế tạo các chlorinated hydrocarbon. DDT hoạt động bằng cách mở các kênh natri trong các tế báo thần kinh của côn trùng.

Organophosphates

Hạng lớn tiếp sau được phát triển là các loại thuốc trừ sâu organophosphate, kết hợp các acetylcholinesterase và các cholinesterases khác. Hỗn hợp này làm vỡ các xung thần kinh, giết hại côn trung hay cản trở khả năng thực hiện các chức năng thông thường của nó. Các loại thuốc trừ sâu organophosphate và các chất độc thần kinh hoá học trong chiến tranh (như sarin, tabun, soman và VX) hoạt động theo cùng cách. Các organophosphate có một tác động độc hại phụ tới động vật hoang dã, vì thế việc tiếp xúc nhiều với nó làm tăng khả năng nhiễm độc.[4]

Carbamates

Các loại thuốc trừ sâu carbamate có các cơ cấu độc hại tương tự organophosphates, nhưng có giai đoạn hoạt động ngắn hơn và vì thế ít độc hại hơn.

Pyrethroids

Để bắt chước hoạt động chống côn trùng của hợp chất tự nhiên pyrethrum một hạng thuốc trừ sâu khác, thuốc trừ sâu pyrethroid, đã được phát triển. Chúng không có tác động dai dẳng và ít độc hơn loại organophosphates và carbamates. Các hợp chất trong nhóm này thường được dùng chống lại các loại côn trùng sống trong nhà.

Neonicotinoids

Các neonicotinoid là các hợp chất tương tự loại nicotine trừ sâu tự nhiên (với độc tính thấp hơn nhiều với các loài có vú và khả năng tồn tại lâu hơn ngoài đồng ruộng). Các loại thuốc trừ sâu phổ rộng ngấm qua cơ thể với khả năng tác động nhanh (phút-giờ). Chúng được sử dụng bằng cách phun, làm ướt, xử lý hạt giống và đất – thường như các loại thay thế cho organophosphates và carbamates. Các loài côn trùng đã bị xử lý thuốc thường run chi, chuyển động cánh nhanh, stylet withdrawal (aphids), di chuyển vô hướng, liệt và chết.

Các loại thuốc trừ sâu sinh vật

Những nỗ lực gần đây để làm giảm mức độc hại rộng tới môi trường đã khiến các loại thuốc trừ sâu sinh học lại được đề cao. Một ví dụ là sự phát triển và gia tăng sử dụng Bacillus thuringiensis, một loại bệnh dịch vi khuẩn của các Lepidoptera và một số loài côn trùng khác. Nó được dùng như một thuốc diệt ấu trùng chống lại nhiều loại sâu bướm. Bởi nó không có nhiều tác động tới các sinh vật khác, nó được coi là thân thiện với môi trường hơn các loại thuốc trừ sâu tổng hợp. Độc tính từ B. thuringiensis (Bt toxin) đã được tích hợp trực tiếp vào cây trồng qua việc sử dụng kỹ thuật gene. Các loại thuốc trừ sâu sinh vật khác gồm các sản phẩm dựa trên nấm hại sâu bọ (ví dụ Metarhizium anisopliae), nematodes (ví dụ Steinernema feltiae) và các loại vi rút (ví dụ Cydia pomonella granulovirus).

Nhiều loại cây đã phát triển các chất như polygodial, ngăn côn trùng ăn, nhưng không trực tiếp giết chúng. Côn trùng thường ở lại bên cạnh, nơi chúng chết vì đói. Bởi các antifeedant không độc hại chúng sẽ là lý tưởng để trở thành thuốc trừ sâu trong nông nghiệp. Nhiều nghiên cứu hoá học nông nghiệp đang cố gắng khiến chúng đủ rẻ để được sử dụng thương mại.

Các loại thuốc trừ sâu sinh học

Nhiều loại cây đã phát triển các chất như polygodial, ngăn côn trùng ăn, nhưng không trực tiếp giết chúng. Côn trùng thường ở lại bên cạnh, nơi chúng chết vì đói. Bởi các antifeedant không độc hại chúng sẽ là lý tưởng để trở thành thuốc trừ sâu trong nông nghiệp. Nhiều nghiên cứu hoá học nông nghiệp đang cố gắng khiến chúng đủ rẻ để được sử dụng thương mại.

Thuốc trừ sâu sinh học dựa vào các vi sinh vật gây bệnh đặc trưng cho dịch hại mục tiêu để cung cấp giải pháp thân thiện sinh thái và hiệu quả cho vấn đề dịch hại, do vậy, ít đe dọa đến môi trường và sức khỏe con người. Thuốc trừ sâu sinh học được sử dụng phổ biến là các sinh vật sống bao gồm thuốc diệt nấm sinh học (Trichoderma), thuốc diệt cỏ sinh học (Phytopthora) và thuốc diệt côn trùng sinh học (Bacillus thuringiensis). Sử dụng thuốc trừ sâu sinh học đã mạng lại lợi ích to lớn cho ngành nông nghiệp và sức khỏe cộng đồng. Thuốc trừ sâu sinh học được quan tâm là vì sản phẩm này:

- ít gây hại đến môi trường;

- chỉ tác động đến dịch hại cụ thể hoặc trong một số trường hợp là số ít các sinh vật có chủ đích;

- thường hiệu quả dù chỉ phun một lượng rất nhỏ và phân hủy nhanh, dẫn đến hiện tượng phơi nhiễm thấp và tránh gây ô nhiễm;

- phát huy hiệu quả to lớn khi được sử dụng như một phần của chương trình IPM. Thuốc trừ sâu sinh học được phân thành ba loại chính:

Thuốc trừ sâu vi sinh

Thuốc trừ sâu vi sinh chứa thành phần hoạt tính là vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, virus,

động vật nguyên sinh hoặc tảo), có thể kiểm soát nhiều loại dịch hại, dù mỗi thành phần hoạt tính đặc thù cho dịch hại mục tiêu. Ví dụ, một loại nấm kiểm soát một số loại cỏ, trong khi loại nấm khác lại tiêu diệt các côn trùng cụ thể. Thuốc trừ sâu vi sinh được sử dụng phổ biến nhất là thuốc chiết xuất từ chủng khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) có thể kiểm soát một số loại côn trùng trong cải bắp, khoai tây và các cây trồng khác. Bt sản sinh protein gây hại cho côn trùng. Một số loại thuốc trừ sâu vi sinh khác hoạt động bằng cách cạnh tranh quyết liệt với sinh vật gây hại. Thuốc trừ sâu vi sinh cần được theo dõi liên tục để đảm bảo chúng không gây hại cho các sinh vật không chủ đích, kể cả con người.

Thuốc trừ sâu thảo mộc

Đây là loại thuốc trừ sâu mà thực vật tạo ra từ vật liệu di truyền được đưa vào thực vật. Ví dụ, các nhà khoa học lấy gen chứa protein trừ sâu Bt và cấy gen vào vật liệu di truyền riêng của thực vật. Sau đó, thực vật thay cho vi khuẩn Bt sản sinh chất trừ dịch hại.

Thuốc trừ sâu hóa sinh

Đây là các chất trong tự nhiên như chiết xuất từ thực vật, axít béo hoặc pheromone (chất dẫn dụ) dùng để kiểm soát dịch hại bằng các cơ chế không độc. Trái lại, thuốc trừ sâu thông thường là vật liệu tổng hợp thường tiêu diệt hoặc vô hiệu hóa dịch hại. Thuốc trừ sâu hóa sinh bao gồm các chất cản trở sự phát triển hoặc giao phối như chất điều tiết sinh trưởng của thực vật hay chất xua đuổi hoặc thu hút dịch hại như pheromone. Đôi khi, khó xác định liệu thuốc trừ sâu tự nhiên có kiểm soát dịch hại bằng phương thức không độc hại hay không, nên EPA đã thành lập một Ủy ban để xác định khả năng một loại thuốc trừ sâu đáp ứng các tiêu chuẩn về thuốc trừ sâu hóa sinh.

Một số loại thuốc trừ sâu giết hại hay gây ảnh hưởng xấu tới các loài khác ngoài những loài côn trùng chúng được sử dụng để tiêu diệt. Ví dụ, chim có thể bị đầu độc khi ăn thức ăn mới bị phun thuốc trừ sâu hay khi chúng nhầm lẫn các hột thuốc trừ sâu với thức ăn và ăn chúng.[4]

Các loại thuốc trừ sâu sử dụng bằng cách phun có thể bay ra bên ngoài khu vực dự định sử dụng và rơi xuống các khu vực thiên nhiên hoang dã, đặc biệt khi nó được phun từ máy bay.[4]

DDT

Một trong những mục tiêu lớn nhất trong việc phát triển các loại thuốc trừ sâu mới là thay thế các loại thuốc trừ sâu độc hại và khó chịu. DDT được đưa ra như một thay thế an toàn hơn cho các hợp chất chì và asen.

Một số loại thuốc trừ sâu đã bị cấm bởi thực tế rằng chúng là những loại chất độc dai đẳng và có những hiệu ứng không mong muốn lên các loài thú vật và/hay con người. Một trường hợp thường được nhắc tới là của DDT, một ví dụ về việc sử dụng trên diện rộng (và có thể là sử dụng sai) thuốc trừ sâu, có thể thu hút sự chú ý của công chúng bởi cuốn sách của Rachel Carson, Silent Spring. Một trong những tác động được biết đến nhiều nhất của DDT là làm giảm độ dày vỏ trứng của các loài chim săn mồi. Những vỏ trứng thỉnh thoảng quá mỏng để có thể tồn tại, khiến làm giảm số lượng chim. Điều này xảy ra với DDT và một số hợp chất liên quan bởi quá trình tích tụ sinh học, trong đó hoá chất, vì tính ổn định và tính tan trong mỡ của nó, tích tụ trong các mô chất béo. Tương tự, DDT có thể phóng đại sinh học có thể gây ra sự tập trung ngày càng lớn trong phần mỡ của các loài thú phía trên dãy thức năm. Lệnh cấm hầu như toàn cầu với việc sử dụng DDT và các hoá chất liên quan trong nông nghiệp đã cho phép một số loài chim—như chim ưng--hồi phục số lượng trong những năm gần đây. Một số loại thuốc trừ sâu organochlorine đã bị cấm sử dụng tại hầu như toàn bộ thế giới và chúng bị kiểm soát toàn cầu bởi Công ước Stockholm về các chất ô nhiễm hữu cơ dai dẳng. Chúng bao gồm: aldrin, chlordane, DDT, dieldrin, endrin, heptachlor, mirex và toxaphene.

Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã hủy bỏ chính sách cấm sử dụng DDT trong vòng 30 năm qua để khống chế bệnh sốt rét. DDT được phun trong  nhà để diệt muỗi mang bệnh sốt rét. Trước đây DDT đã bị cấm sử dụng trên phạm vi toàn cầu trừ khi phải dập tắt dịch bệnh vì nó gây tác động xấu cho môi trường và đe dọa sức khỏe con người. Ngày nay WHO cho rằng do không có rủi ro cho sức khỏe nên DDT cùng với màn sẽ là công cụ cần thiết để chống lại bệnh sốt rét  - loại bệnh hàng năm đã giết chết trên 1 triệu người. Theo Tiến sỹ Anarfi Asamoa - Baah, Trợ lý của Tổng Giám đốc WHO về HIV/AIDS và bệnh sốt rét, thì những bằng chứng khoa học mới thu thập được hoàn toàn ủng hộ đánh giá mới đây của WHO đối với DDT, và nếu được sử dụng hợp lý DDT sẽ không gây ra rủi ro cho sức khỏe con người. Trên thực tế dư lượng thuốc hợp lý khi phun trong nhà sẽ nhanh chóng làm giảm số lượng muỗi lây truyền bệnh sốt rét và đây là cách làm rẻ hơn so với các phương pháp phòng chống bệnh sốt rét khác. Thông thường cứ mỗi năm một lần thuốc được phun lên các bức tường trong nhà, khi muỗi đậu và hấp thụ thuốc sẽ bị chết.

Thuốc trừ sâu DDT bị mang tiếng xấu khi cuốn sách "Mùa xuân câm lặng của Rachel Carson" được xuất bản cách đây trên 40 năm. Cuốn sách này cho rằng việc sử dụng bừa bãi DDT và các hợp chất liên quan đã giết chết sinh vật hoang dã trên một vùng rộng lớn ở Bắc Mỹ và Tây Âu. Nhiều nước đã cấm sử dụng DDT, đến năm 2004 "Hiệp ước về chất ô nhiễm gốc hữu cơ bền vững" đã cấm sử dụng DDT trên phạm vi toàn cầu, trừ trường hợp cho phép sản xuất  và sử dụng nó vào việc dập tắt dịch bệnh. Một số nước châu Phi vẫn tiếp tục sử dụng DDT, mặc dù đa số nước đã chuyển sang dùng các loại thuốc trừ sâu khác hoặc ngâm tẩm màn vào thuốc trừ sâu để chống muỗi. Một số cơ quan viện trợ đã thực thi chính sách không viện trợ cho các chương trình liên quan đến DDT. Nam Phi là nước đã chuyển sang sử dụng các loại thuốc trừ sâu khác, nhưng vào đầu thế kỷ 21 này đã quay trở lại dùng DDT khi mà muỗi đã lờn với các hợp chất thay thế. Theo ông Arata Kochi-Giám đốc chương trình sốt rét toàn cầu của WHO: “Trong số 1 tá thuốc trừ sâu mà WHO đã chứng minh là an toàn cho phun trong nhà để diệt muỗi thì hiệu quả nhất vẫn là DDT”.  [5][6]