有機磷毒物進入體內後迅速與體內的膽鹼酯酶結合，生成磷醯化膽鹼酯酶，使膽鹼酯酶喪失了水解乙醯膽鹼的功能，導致膽鹼能神經遞質大量積聚，作用於膽鹼受體，產生嚴重的神經功能紊亂，特別是呼吸功能障礙，從而影響生命活動。
由於副交感神經興奮造成的M樣作用使患者呼吸道大量腺體分泌，造成嚴重的肺水腫，加重了缺氧，患者可因呼吸衰竭和缺氧死亡。
有機磷農藥(OPS)是我國使用廣泛、用量最大的殺蟲劑。主要包括敵敵畏、對硫磷(1605)、甲拌磷( 3911)、內吸磷(1059)、樂果、敵百蟲、馬拉硫磷(4049)等。急性有機磷農藥中毒(AOPP)是指有機磷農藥短時大量進入人體後造成的以神經系統損害為主的一系列傷害，臨床上主要包括急性中毒患者表現的膽鹼能興奮或危象，其後的中間綜合徵(IMS)以及遲發性周圍神經病(OPIDPN)。每年全世界有數百萬人發生AOPP，其中約有30萬人口死亡，且大多數發生在開發中國家。
AOPP還可引起心臟損害，甚至可以導致心源性猝死。其原因可能是對心臟直接損害引起中毒性心肌炎，加之缺氧、電解質紊亂、酸中毒等可以間接加重心臟損害，同時AOPP時患者的交感神經和副交感神經功能紊亂，引起心律失常。此外治療時如阿托品用量過大，造成患者心率過快而供血不足，同時心臟耗氧增加，導致心肌缺血性損害，心電活動的穩定性受到影響，故容易發生惡性心律失常，乃至發生猝死。