从烟草的烟雾中可以分离出3000多种有毒物质，其中主要的是尼古丁（烟碱）、烟焦油、氢氰酸、一氧化碳、丙烯醛和一氧化氮等。烟雾中90%是气体，其余是烟尘微粒。
尼古丁是一种剧毒物质，有色，味苦。实验证明，一支香烟中所含的尼古丁足以毒死一只小白鼠，用1-2滴尼古丁即能毒死一条狗。抽一支香烟大约有0.05毫克的尼古丁随着烟雾吸入体内。吸一盒烟（20支）进入体内尼古丁1毫克，若抽30年香烟（约21万支）就有108克尼古丁进入体内。
烟焦油里面含有多环芳烃、亚硝胺、酚等化学物质，现已被科学家们公认为是致癌物质。多环芳烃是碳氢化合物，3、4-苯并芘是它的代表，致癌性很强。每一支香烟中约含0.1微克3、4-苯并芘。3、4苯并芘对实验动物半数致死剂量为80微克，最小致死剂量为0.4微克-2微克。在用烟斗的烟丝中，还含有另一种强力的致癌物质N-亚硝哌啶，它是诱发肝癌、胃癌、结肠癌的重要因素。烟焦油的致癌作用和煤焦油样，都可在实验动物的皮肤上百分之百地引起癌症。吸入的烟焦油附着在支气管壁上或吸收到某一器官里去，就和涂在动物皮肤上一样地起作用，最终也会引起癌症。
吸烟时烟雾中的一氧化碳浓度，比工业废气中的最大允许浓度高840倍，丙烯醛浓度比最大允许深度高1500倍。烟雾吸入肺内通过肺泡进入血液，影响血液输送氧气的功能，致使人轻度缺氧。
砷，是人人皆知的毒物，它也是致肺癌的一种毒物，烟中也含有这种物质。在烟焦油中还含有少量的放射性同位素钋、铅和铋。这些对人体都是有害的物质，并且钋会沉积在肺、肾等器官，也有致癌作用。
香烟中的放射性物质，有较强的辐射反应。据估计，对一个每天抽一包香烟的人来说，一年抽烟吸入的放射性物质的辐射量，等于一年拍摄300张X线胸片的辐射量。
当吸烟者点燃香烟时，烟火把烟草叶的茸毛烧成了难以溶解的颗粒。这些颗粒混合放射物质，被深深地吸入吸烟者的肺中，特别是肺泡上。一个健康的人体防御系统通常能在数小时内清除一支香烟所产生的烟灰和有害物质，但要消除淤积多年的肺组织内烟尘和有害物质就不容易了。
