Độc tính cấp tính của natri benzoate là nhỏ, và đo sáng không tác động tối đa (MNL) của động vật là 500mg / kg trọng lượng cơ thể. Nhưng nó có thể được chuyển đổi thành một axit benzoic độc hại hơn trong môi trường chua của ruột người. Nuốt phải axit benzoic và muối natri của nó ở chuột có thể dẫn đến giảm cân, tiêu chảy, chảy máu, tê liệt và thậm chí tử vong.
Độc tính của axit benzoic đạt được bằng cách thay đổi tính thấm của màng tế bào, ức chế sự hấp thụ axit amin trong màng tế bào và ức chế hoạt động của các enzyme như lipase qua màng tế bào. Axit benzoic không có độc tính mãn tính. Kết quả của 8 tuần liên tiếp cho ăn axit ở chuột cho thấy không có thay đổi bất thường về sự tăng trưởng, nhân giống và hình thái của con chuột.
Các thí nghiệm khác cũng cho thấy axit benzoic không có tác dụng tích lũy, gây quái thai, gây ung thư, gây đột biến và kháng nguyên. Axit benzoic sẽ phân hủy nhanh chóng ở động vật, axit benzoic (99%) chủ yếu kết hợp với glycine để tạo thành axit uric ngựa, phần còn lại với glucose và formaldehyd kết hợp để tạo thành 1 - glucose acetaldehyd đầu tiên.