Au niveau cellulaire, les substances toxiques vont provoquer des mutations irréversibles de l’ADN des cellules. Elles peuvent rester quiescentes, mais certaines de ces mutations vont favoriser l’éruption de cellules cancéreuses (effet cancérigène). Lorsqu’il s’agit de cellules souches, des gamètes (cellules ovariennes par exemple) ou embryonnaires, elles vont favoriser des décès précoces (fausses couches) ou nombreuses et variées malformations (effet tératogène).
Au niveau tissulaire, la majorité des substances toxiques sont des oxydants puissants qui vont entraîner des altérations de l’ensemble des tissus. Ces oxydations des composants cellulaires et tissulaires vont accélérer le vieillissement. C’est pourquoi les fumeurs paraissent nettement plus vieux par rapport à leur âge réel. La plupart des substances toxiques des fumées ont des propriétés oxydantes qui constituent une grande partie de leur toxicité. Ces oxydants vont en quelques fractions de seconde interagir avec toutes les molécules de l’organisme et modifier leurs structures ou leurs fonctionnements. Pour les muqueuses et la peau, il n’existe pas d’enzymes de réparation des molécules altérées. C’est pourquoi les fibres de collagènes et d’élastine de la peau et du poumon vont être altérées définitivement. Il y a un effet cumulatif; plus on fume ou plus on est enfumé, et plus les tissus seront endommagés. C’est pourquoi on reconnaît facilement un fumeur et un ex-fumeur à sa peau et à ses gencives. Ce vieillissement tissulaire prématuré existe également à l’intérieur de l’organisme et va provoquer de nombreux dysfonctionnements.


