Ngày 31 tháng 1 năm 2004, nhóm bảo vệ quyền lợi của nạn nhân Chất độc da cam/Dioxin là Hội Nạn nhân Chất độc da cam/dioxin Việt Nam (The Vietnam Association of Victims of Agent Orange/Dioxin - VAVA) đã kiện 37 công ty Mỹ phải bồi thường do trách nhiệm gây ra thương tích vì đã sản xuất chất hóa học này. Dow Chemical và Monsanto là hai công ty sản xuất chất độc da cam (CĐDC) lớn nhất cho quân đội Hoa Kỳ đã bị nêu tên trong vụ kiện cùng các công ty khác. Trước đây nhiều cựu quân nhân Hoa Kỳ đã thắng một vụ kiện tương tự.

Hội nghị tiền xét xử lần đầu tiên đã diễn ra vào ngày 18 tháng 3 năm 2004. Hội nghị tiền xét xử thứ hai diễn ra vào ngày 18 tháng 6 năm 2004. Ngày 13 tháng 9 năm 2004, các luật sư của nguyên đơn đã trình Tòa sơ thẩm đơn kiện sửa đổi. Bên bị đã trình Tòa án sơ thẩm bản tranh tụng của mình (đợt 1) vào ngày 3 tháng 11 năm 2004, bản tranh tụng thứ 2 được trình ngày 18 tháng 1 năm 2005. Ngày 28 tháng 2 năm 2005, hai bên bắt đầu tranh tụng tại Tòa sơ thẩm.

Ngày 10 tháng 3 năm 2005, quan tòa Jack Weinstein thuộc Tòa án liên bang tại quận Brooklyn đã bác đơn kiện, quyết định rằng những đòi hỏi của đơn kiện không có cơ sở pháp luật. Quan tòa kết luận rằng chất độc da cam đã không được xem là một chất độc dưới bị cấm theo luật quốc tế vào lúc Hoa Kỳ dùng nó, ngay cả khi ảnh hưởng không cố ý của những chất này có thể gây ra độc tố đối với đời sống của con người và môi trường họ sống; và rằng Hoa Kỳ không bị cấm dùng nó để diệt cỏ; và những công ty sản xuất chất này không có trách nhiệm về cách sử dụng của chính quyền. Chính phủ Hoa Kỳ, vốn có quyền miễn tố (sovereign immunity), không phải là một bị cáo trong đơn kiện. Jack Weinstein cho rằng: "Đơn kiện của phía nguyên đơn không dựa trên bất cứ cơ sở nào của luật nội địa của một bang, một quốc gia hay dưới bất cứ hình thức gì của luật quốc tế". Ông cũng cho rằng nguyên đơn Việt Nam đã không không chứng minh được chính chất độc da cam đã gây ra các loại bệnh tật như liệt kê trong đơn kiện của họ, vì cho đến thời điểm đệ đơn kiện, họ vẫn thiếu các nghiên cứu sâu rộng về ảnh hưởng của chất làm phát quang cây cối có tác động xấu đối với sức khỏe con người.

Ngày 7 tháng 4, 2005 đoàn luật sư đại diện cho các nạn nhân Việt Nam nộp đơn yêu cầu Tòa kháng án liên bang khu vực 2 ở New York xét xử lại và phủ quyết phán quyết trước đây của chánh án Jack Weinstein.

Dự kiến Tòa Phúc thẩm sẽ cho ý kiến có mở phiên xử phúc thẩm hay không vào mùa thu 2006. Ngày 22 tháng 2 năm 2008, Tòa phúc thẩm Liên bang Mỹ tại New York đã ra phán quyết bác đơn kiện của các công dân Việt Nam, nạn nhân chất độc da cam/dioxin chống các công ty hóa chất Mỹ về việc sử dụng chất độc da cam/dioxin trong chiến tranh Việt Nam. Tòa này đã y án sơ thẩm.

Dư luận quốc tế có nhiều ý kiến phê phán phán quyết này của Tòa phúc thẩm Liên bang Mỹ. Ngày 18 tháng 3 năm 2008, Đoàn Luật sư Hoa Kỳ và Hội Luật gia Dân chủ quốc tế gồm 10 người đã đến Việt Nam để hỗ trợ về mặt pháp lý cho các nạn nhân trong vụ kiện sắp tới lên Tối cao Pháp viện Hoa Kỳ.

Ngày 6 tháng 10 năm 2008 nguyên đơn tiếp tục nộp đơn thỉnh cầu lên Tòa án Tối cao Mỹ nhưng đã bị tòa án Tối cao Mỹ bác đơn thỉnh cầu của nguyên đơn vào ngày 2 tháng 3 năm 2009. Phó chủ tịch Ủy ban trung ương Mặt trận tổ quốc Việt Nam Vũ Trọng Kim cho là "Việc tòa án Mỹ từ chối lời thỉnh cầu của các nạn nhân Việt Nam là đã bỏ lỡ cơ hội thể hiện sự công minh của pháp luật và tinh thần yêu chuộng công lý, tôn trọng nhân quyền của nhân dân Mỹ". Theo luật sư Lưu Văn Đạt, người theo vụ kiện từ đầu cho biết, lý do tòa án Tối cao Mỹ bác đơn kiện của nạn nhân chất độc da cam Việt Nam là theo luật pháp Mỹ, khi một vụ án được gửi đến Tòa phúc thẩm thì nhất định phải được xem xét giải quyết. Nhưng cùng vụ việc đó nếu được gửi lên tòa án Tối cao thì không nhất định phải đưa ra xét xử.[3].