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Le CDDA présente une toxicité aiguë modérée par voie orale chez le rat et une très faible toxicité aiguë par voie cutanée chez le lapin. En raison de la nature corrosive du CDDA, l’obligation de présenter les résultats d’essais de toxicité aiguë par inhalation a été levée, et le CDDA est considéré comme présentant une toxicité aiguë élevée par inhalation. Chez le lapin, le CDDA s’est avéré corrosif pour les yeux et la peau. La littérature plus récente montre que le CDDA peut provoquer des réactions allergiques et d’hypersensibilité chez les animaux et les humains.

Selon les résultats des études de toxicité par voie orale subchronique et à long terme, le CDDA n’a aucun effet toxique sur les organes cibles. Dans une étude de toxicité par voie cutanée de 90 jours chez le rat, aucun effet systémique n’a été relevé jusqu’à la dose maximale d’essai, mais une irritation sévère a été notée à toutes les doses. L’exposition directe des voies respiratoires au CDDA entraîne une cytotoxicité et une inflammation pulmonaires, lesquelles mènent à un remodelage et à une fibrose pulmonaires ainsi qu’à une altération du système de défense pulmonaire. Rien n’indique un potentiel cancérogène dans les études par le régime alimentaire à long terme menées avec le CDDA chez le rat ou la souris. À la lumière des résultats d’une batterie complète d’études de génotoxicité, le CDDA a été jugé non génotoxique. Il n’y avait aucune preuve quantitative ou qualitative d’une sensibilité accrue du fœtus de rat ou de lapin suite à une exposition in utero dans les études de toxicité sur le développement prénatal ou chez la progéniture dans l’étude de reproduction sur deux générations. On n’a observé aucun effet lié au traitement quant aux paramètres de reproduction évalués dans l’étude de toxicité pour la reproduction par le régime alimentaire menée sur deux générations de rats. Dans l’ensemble, les études de toxicité pour le développement et la reproduction n’ont pas révélé de signe de sensibilité accrue des petits par rapport aux animaux adultes.

Le didécyldiméthylammonium est toxique chez les poissons d'eau douce (CL₅₀ - 96 h 409 µg/L chez la truite arc-en-ciel).  Il très toxique pour les invertébrés aquatiques d’eau douce (CE₅₀ – 48 h 94 µg/L pour Daphnia magna) et les algues vertes (CE₅₀ - 96 h 14,22 µg/L pour Selenastrum capricornutum). Le potentiel de bioaccumulation dans les tissus des organismes aquatiques est faible selon le log P.  

Le chlorure de didécyldiméthylammonium est modérément toxique chez les oiseaux exposés par voie orale (DL₅₀ 54,4 mg/kg p.c. chez le colin de Virginie).