Очень высокие концентрации тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы, превышающие в разных случаях 1 г/л или 1, 10, 100 мг/л, токсичны для микроорганизмов. Токсичность проявляется в изменении морфологии клеток или клеточного метаболизма, в бактериостазе или гибели клеток. Механизм токсического действия в зависимости от природы соединения и исследуемого организма рассмотрен X. Эрлихом. Одни элементы связываются в основном с клеточной поверхностью (медь), вызывая ее повреждения, другие (ртуть) — проникают внутрь клетки, где связываются с функциональными группами (в частности, с SH-группами), инактивируя таким образом молекулы ферментов, или откладываются в металлической форме. Дополнительные механизмы токсического действия тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы обусловлены их способностью играть роль антиметаболитов, образовывать осадки (или хелаты) с важными метаболитами или катализировать их распад, делая их недоступными для клетки. Тяжелые металлы способны к структурному или электрохимическому замещению важных элементов, приводящему к нарушению ферментативной или клеточной функции. В некоторых случаях возникают более толерантные к тяжелым металлам резистентные штаммы. Повышенная резистентность может быть обусловлена уменьшением проницаемости клетки для токсичного вещества или его биохимическим обезвреживанием.