有机磷中毒时代谢失常的神经递质是乙酰胆碱，有机磷农药本质上是一种胆碱酯酶抑制剂，胆碱酯酶具有水解乙酰胆碱的作用，当胆碱酯酶受抑制时，造成乙酰胆碱水解障碍，乙酰胆碱大量堆积，然后作用于胆碱能受体，导致胆碱能神经系统功能紊乱，临床称为胆碱能危象。胆碱能危象会对人体的生命安全造成威胁，具体表现有以下三个方面：
一、毒蕈碱样作用：患者出现多汗、瞳孔缩小、流涎、腹痛、腹泻、二便失禁、支气管平滑肌痉挛、呼吸道分泌物增多、心率下降，严重者可出现肺水肿，并因肺水肿而死亡。
二、烟碱样作用：患者有肌张力增强、肌纤维震颤、肌束颤动、心率加快，甚至全身抽搐，可因呼吸肌麻痹而死亡。
三、中枢神经系统效应：患者可出现头昏、头痛、眼花、软弱无力、意识模糊，甚至昏迷、抽搐，可因中枢性呼吸衰竭而死亡。
除了胆碱能危象外，有机磷农药还会造成身体的局部损害，比如过敏性皮炎、皮肤水泡或剥脱性皮炎。重度有机磷中毒的患者，还可能会发生中间综合征和迟发性多发性神经病。