Akutna toksičnost natrijevog benzoata je mala, a maksimalno neaktivno mjerenje (MNL) životinja je 500 mg / kg tjelesne težine. Ali može se pretvoriti u otrovniju benzojevu kiselinu u kiselom okolišu ljudskog crijeva. Gutanje benzojeve kiseline i njenih natrijevih soli u miševima može dovesti do gubitka tjelesne težine, proljeva, krvarenja, paralize i čak smrti.
Toksičnost benzojeve kiseline postiže se promjenom permeabilnosti staničnih membrana, inhibira apsorpciju aminokiselina u staničnim membranama i inhibira aktivnost enzima kao što je lipaza kroz stanične membrane. Benzojeva kiselina nema kroničnu toksičnost. Rezultati 8 uzastopnih tjedana hranjenja kiselinom kod štakora nisu pokazali abnormalne promjene u rastu, razmnožavanju i morfologiji potomstva miševa.
Drugi eksperimenti također su pokazali da benzojeva kiselina nema nakupljive, teratogene, kancerogene, mutagene i antigene učinke. Benzojeva kiselina brzo će se degradirati kod životinja, benzojeva kiselina (99%) se uglavnom kombinira s glicinom da bi se dobila konjska mokraćna kiselina, a ostatak s glukozom i formaldehidom kombinirani da bi formirao 1-prvi acetaldehid glukoze.