有机磷杀虫药中毒的原理主要是其与体内的胆碱酯酶结合，导致胆碱酯酶失去活性，从而引起乙酰胆碱在神经突触处大量蓄积，过度刺激胆碱能受体，引发一系列中毒症状。
有机磷杀虫药进入人体后，其结构中的磷酰基会与胆碱酯酶活性中心的丝氨酸羟基发生不可逆的共价结合，形成磷酰化胆碱酯酶。这种结合使得胆碱酯酶无法正常水解神经递质乙酰胆碱。乙酰胆碱是副交感神经、神经肌肉接头以及部分中枢神经系统的关键递质，当其因无法被分解而在突触间隙中浓度异常升高时，就会持续过度地激动M胆碱受体、N胆碱受体以及中枢神经系统中的相应受体。这种过度刺激会导致副交感神经兴奋性显著增强，表现为瞳孔缩小、流涎、大汗淋漓、支气管分泌物增多、心率减慢、恶心呕吐等症状。同时，N受体被过度激动会引起肌肉颤动、肌无力甚至呼吸肌麻痹。中枢神经系统的乙酰胆碱蓄积则可能导致头晕、头痛、烦躁不安、谵妄甚至昏迷。中毒的严重程度与有机磷杀虫药的种类、进入体内的剂量、吸收速度以及个体的胆碱酯酶活性密切相关。若不及时救治，磷酰化胆碱酯酶会进一步老化，即脱去一个烷基，形成更稳定的单烷氧基磷酰化胆碱酯酶，此时即使使用胆碱酯酶复能剂也难以使其恢复活性，导致中毒症状持续加重。
在接触或使用有机磷杀虫药时，应严格遵守操作规程，做好个人防护，如佩戴手套、口罩和防护服。若不慎发生中毒，应立即脱离中毒现场，脱去污染衣物，用大量清水或肥皂水彻底清洗皮肤，并尽快就医。日常中应将此类杀虫药存放在儿童无法触及的阴凉通风处，避免与食物混放，从源头预防中毒事件的发生。
