Non esiste una definizione universalmente accettata di metallo pesante basata sulle proprietà chimico-fisiche. Sono state proposte delle definizioni in base alla densità (un metallo pesante sarebbe un elemento chimico la cui densità sia maggiore di 5 grammi per centimetro cubo) o in base al numero atomico[1] (un elemento il cui numero atomico sia maggiore di 20)[2].
D'altra parte le principali caratteristiche chimiche dei metalli pesanti, ossia il carattere cationico con diversi stati di ossidazione e l'elevata attitudine a formare complessi molecolari nel citoplasma cellulare, fa includere nell'elenco dei metalli pesanti anche elementi, come il selenio e l'arsenico, che non sono metalli, sebbene siano dotati di proprietà fisiche e chimiche simili a quelle dei metalli in senso stretto.
Per questi motivi è stato talora proposto di abbandonare la classificazione in base alla densità o al peso atomico in favore di una nuova classificazione tripartita degli elementi chimici a seconda che esibiscano una prevalente affinità per gli atomi di ossigeno, per quelli di azoto e zolfo, o infine un comportamento intermedio tra le due precedenti categorie[3].
Secondo diversi studi i porcellini di terra sono bioaccumulatori di metalli pesanti (ad esempio rame, zinco, piombo e cadmio), in grado di ripulire il terreno dagli stessi[4][5][6][7][8].
Un sottogruppo particolarmente importante in biologia e in medicina è costituito dai cosiddetti metalli in traccia (o elementi in traccia), gli elementi chimici presenti nei fluidi biologici degli organismi viventi in concentrazioni inferiori a 1 μg per grammo di peso[9]. In base agli effetti fisiopatologici i metalli in traccia possono essere suddivisi in due gruppi: nel primo gruppo gli elementi essenziali per la vita in quanto implicati in importanti processi metabolici, mentre nel secondo gruppo sono contenuti elementi tossici per gli organismi viventi anche a basse concentrazioni. Nel caso degli esseri umani sono noti quindici elementi in traccia essenziali: arsenico, cobalto, cromo, rame, fluoro, ferro, iodio, manganese, molibdeno, nichel, selenio, silicio, stagno, vanadio e zinco[10], mentre il secondo gruppo contiene elementi quali cadmio, mercurio, cromo e piombo[11].
I metalli pesanti possono degradare la qualità dell'aria, dell'acqua e del suolo e, successivamente, causare problemi di salute a piante, animali e persone, quando si concentrano a causa delle attività industriali[12]. Le fonti comuni di metalli pesanti in questo contesto includono[13][14][15][16]:
Esempi di contaminazione da metalli pesanti e rischi per la salute includono l'insorgenza della malattia di Minamata in Giappone (1932–1968; cause in corso dal 2016), il disastro della diga di Bento Rodrigues in Brasile[53], alti livelli di piombo nell'acqua potabile fornita ai residenti di Flint nel Michigan[54] e nel 2015 gli incidenti con conseguenti metalli pesanti nell'acqua potabile di Hong Kong[55].
Di seguito i sintomi da intossicazione da metalli pesanti[56]: