Гостра токсичність бензоату натрію невелика, а максимальне дозування без дії (МНЛ) тварин становить 500 мг / кг ваги тіла. Але вона може бути перетворена в більш токсичну бензойну кислоту в кислому середовищі людського кишечника. Прийом бензойної кислоти та її натрієвих солей у мишей може призвести до втрати ваги, діареї, кровотечі, паралічу і навіть смерті.
Токсичність бензойної кислоти досягається зміною проникності клітинних мембран, інгібуючи поглинання амінокислот в клітинних мембранах, і інгібуючи активність ферментів, таких як ліпаза через клітинні мембрани. Бензойна кислота не має хронічної токсичності. Результати 8 послідовних тижнів кислотного годування щурів не показали аномальних змін у рості, поширенні та морфології потомства мишей.
Інші експерименти також показали, що бензойна кислота не має накопичувального, тератогенного, канцерогенного, мутагенного та антигенного ефектів. Бензойна кислота швидко деградує у тварин, бензойна кислота (99%), головним чином, поєднується з гліцином з утворенням сечової кислоти коней, решта - з глюкозою та формальдегідом, утворюючи 1-перший ацетальдегід.