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Les pyréthrines sont relativement peu toxique par la voie orale et faiblement par la voie cutanée et par inhalation. Elles sont peu irritantes pour la peau et les yeux et ne causent pas de sensibilisation cutanée.

Chez les animaux de laboratoire, les effets critiques causés par les pyréthrines sont notamment 1) neurocomportementaux après une exposition subchronique ou chronique chez les rats; 2) thyroïdiens après une exposition chronique chez les rats et les chiens; et 3) hépatiques suivant une exposition à subchronique ou chronique chez les rats, les chiens et les souris. Ces effets et ce mode d'action observés chez les rats et les souris sont susceptibles de se produire chez les humains. 

Selon les données de l'ARLA concernant la cancérogénicité, les études indiquent une augmentation des adénomes hépatocellulaires chez les rates et une augmentation des adénomes folliculaires thyroïdiens chez les rats mâles et femelles à la suite d’une exposition chronique par voie orale. Un mode d’action a été proposé pour chaque type de tumeur. Les modes d’action proposés ont été jugés plausibles, malgré certaines limites, et le poids de la preuve était globalement suffisant pour soutenir l’existence d’un mécanisme à seuil pour ces tumeurs chez le rat. L'EPA quant à elle, rapporte des effets similaires et a classé les pyréthrines comme étant non susceptibles d'être cancérogènes pour l'humain à des doses pas assez élevées pour provoquer une réponse mitogénique dans le foie (prolifération cellulaire). Dû à l’incompatibilité entre les termes utilisés par l’EPA et la méthodologie utilisée dans SAgE pesticides pour la classification du potentiel cancérogène, une évaluation a été réalisée de manière indépendante sur la base des lignes directrices pour l’évaluation des risques liés aux agents cancérigènes de l’EPA et en tenant compte de l'évaluation de l'ARLA. Par conséquent, les pyréthrines ont été classées comme démontrant une preuve suggestive de cancérogénicité ce qui le classe comme un cancérogène possible. L'EFSA a considéré le potentiel cancérogène des pyréthrines comme étant non pertinent chez l'homme.

Dans des études de neurotoxicité aiguë menées par gavage chez le rat, l’extrait de pyrèthrea induit des effets neurologiques correspondant à ceux de certains  pyréthroïdes. Les pyréthrines n'étaient pas toxique pour la reproduction et le développement dans les études animales. Elles ne sont pas génotoxiques.

Les pyréthrines sont extrêmement toxiques chez les poissons d'eau douce (CL₅₀ - 96 h de 5,1 µg/L chez la truite arc-en-ciel) et pour les invertébrés aquatiques d’eau douce (CE₅₀ – 48 h de 11,6 µg/L pour Daphnia magna).  Elles sont toxiques pour les algues vertes (CE₅₀ - 72 h de 105 µg/L pour Pseudokirchneriella subcapitata) et modérément toxiques pour les plantes vasculaires (CE₅₀ – 7 jours de 1230 µg /L pour Lemna gibba). La valeur de log P (5,9) indique que les pyréthrines pourraient se bioaccumuler. Toutefois, une étude de bioaccumulation indique que les pyréthrines sont rapidement éliminées des tissus des poissons. Ainsi, il ne devrait pas y avoir bioaccumulation. 

Les pyréthrines sont modérément toxiques chez les oiseaux exposés par voie orale (DL₅₀ de 250 mg/kg p.c. chez le colin de Virginie). 

Cet insecticide est hautement toxique chez les abeilles. Sa DL₅₀ aiguë par contact est de 0,022 µg/abeille et par voie orale de 0,15 µg/abeille.