Понятия «тяжелые металлы» и «микроэлементы» близки. Микроэлементы могут иметь природное и техногенное происхождение, но для экзогенных элементов термин микроэлементы не применяется. В таких случаях их называют тяжелыми металлами.
В химии четко определено понятие металлы, к ним отнесена большая часть известных элементов (82 из 107), описаны их специфические химические и физические свойства. Однако критерии отнесения химических элементов к тяжелым металлам используют разные. В одних определениях к тяжелым металлам относят более 40 химических элементов периодической таблицы Д. И. Менделеева, масса атомов которых выше 50 атомных единиц, иные называют тяжелыми металлами все металлы, за исключением щелочных (Na, К) и щелочно-земельных (Са, Mg). Согласно другим определениям, к тяжелым металлам относят химические элементы с плотностью более 4,5 г/см3, согласно третьим, — с плотностью более 8 г/см3. Таким образом, в число тяжелых металлов попадают элементы V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni, Cu, Zn, As, Se, Rb, Sr, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, Те, W, Hg, Pb, Bi, включающие наряду с металлами и металлоиды As, Se, Mo, Sb, Bi, Те, V. Так термин «тяжелые металлы» стал собирательным, утилитарным и утратил свою точность и строгость для широкого употребления.
В силу важности биохимических процессов, протекающих с участием микроэлементов, живые организмы чутко реагируют на уровень содержания этих элементов в природных средах. При недостатке микроэлементов во внешней среде живые организм страдают из-за нарушения биохимических процессов в них. Избыточное их содержание, вызванное загрязнением, оказывает на живые организмы токсическое действие, вплоть до летального исхода. Наименьшие концентрации во внешней среде, оказывающие токсичное действие на живые организмы, отмечены для Cd, As, Hg, Pb, Se, Zn, на основании этого и ряда других критериев эти элементы отнесены к числу наиболее опасных, что закреплено в соответствующем ГОСТе. Ко второй группе (умеренно опасных элементов) отнесены В, Co, Cu, Мо, Ni, Sb, Cr, к малоопасным — Ba, V, W, Mn, Sr. Установлены предельные допустимые уровни содержания этих элементов в различных природных средах, которые являются еще безопасными для живых организмов. Превышение допустимых уровней содержания этих элементов может быть обусловлено практически всеми видами деятельности человека.