有機磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑是乙酰膽堿酯酶的抑制劑，乙酰膽堿酯酶可以麻痹鳥類的神經系統。鳥類的AChE對這些抑制劑的敏感性往往是哺乳動物，尤其是鳥類的10 ~ 20倍。有機磷農藥急性中毒時，鳥類神經系統和紅細胞內AChE活性的降低與鳥類中毒的嚴重程度呈正相關。壹般當血細胞中的AChE活性下降50%以上時，就可能出現中毒癥狀，幾個小時到2 ~ 3天後就會變成不可逆的酶活性下降，稱為衰老。在這種情況下，鳥類可能會死亡。因此，50%的酶活性抑制通常被認為是致命的。有機磷和氨基甲酸酯類農藥的大量使用，往往使野生鳥類暴露在被有機磷和氨基甲酸酯類農藥汙染的環境中，對鳥類構成潛在的亞致死威脅。亞致死劑量的農藥雖不能對鳥類造成直接的急性中毒死亡，但可通過影響鳥類的生理生化過程，使其內臟中毒，或降低其生存能力、抗病能力和覓食能力，從而大大增加鳥類被殺死和餓死的幾率。
有機氯農藥是脂溶性化合物，在鳥類體內難以降解和排泄。因此，它們可以在鳥類脂肪中積累，特別是在鳥類的大腦、肝臟、腎臟和心臟中，這些器官受到損害。還有對鳥類有劇毒的有機氯農藥，如環戊二烯類農藥，包括狄氏劑、異狄氏劑、七氯等，可導致猛禽、猛禽急性中毒死亡。有機氯農藥目前大部分國家已經禁用，在環境中的殘留也在逐漸減少，使得這類農藥對野生鳥類的危害逐漸降低，壹些珍稀的猛禽和猛禽的數量開始增加。比如壹度面臨滅絕的美洲禿鷲，開始逐漸從減少中恢復。
農藥還會引起鳥類的許多異常生理現象。比如美國雄性海鷗雌性化，甲狀腺肥大，燕鷗蛋受精率下降，斑背潛鴨雄性個體數量減少。農藥主要通過作用於鳥類體內的激素來幹擾鳥類的內分泌活動，從而引起鳥類的生殖障礙。