Toxikokinetika (často zkracována jako „TK“) je popis toho, jakou rychlostí se toxin dostane do těla a co se s ním stane, jakmile se dostane do těla. Je to aplikace farmakokinetiky pro stanovení vztahu mezi systémovou expozicí sloučeniny u pokusných zvířat a její toxicitou. Používá se především pro stanovení vztahů mezi expozicemi v toxikologických experimentech na zvířatech a odpovídajícími expozicemi u lidí. Může však být také použita při posuzování rizik pro životní prostředí za účelem stanovení možných účinků uvolňování chemických látek do životního prostředí. Za účelem kvantifikace toxických účinků může být toxikokinetika kombinována s toxikodynamikou. Takové toxikokineticko-toxikodynamické (TKTD) modely se používají v ekotoxikologii (viz ekotoxmodely webové stránky o matematických modelech v ekotoxikologii).
Podobně fyziologické toxikokinetické modely jsou fyziologické farmakokinetické modely vyvinuté k popisu a předvídání chování toxické látky v těle zvířete; například jaké části (oddíly) těla může mít chemická látka tendenci vstupovat (např. tuk, játra, slezina atd.), a zda se očekává, že chemická látka bude metabolizována nebo vylučována a jakou rychlostí.
Pro chemickou látku, která interaguje se zvířetem, existují čtyři potenciální procesy: absorpce, distribuce, metabolismus a vylučování (ADME). Absorpce popisuje vstup chemické látky do těla a může k ní dojít vzduchem, vodou, potravou nebo půdou. Jakmile je chemická látka uvnitř těla, může být difúzí nebo jinými biologickými procesy distribuována do dalších částí těla. V tomto okamžiku může chemická látka projít metabolismem a může být biotransformována na jiné chemické látky (metabolity). Tyto metabolity mohou být méně toxické než mateřská sloučenina. Poté, co dojde k této potenciální biotransformaci, mohou metabolity opustit tělo, být transformovány na jiné sloučeniny nebo pokračovat ve skladování v tělesných komorách.
Dobře navržená toxikokinetická studie může zahrnovat několik různých strategií a závisí na vědecké otázce, která má být zodpovězena. Kontrolované akutní a opakované toxikokinetické studie na zvířatech jsou užitečné pro identifikaci biologické perzistence chemické látky, poločasu rozpadu tkání a celého těla a jejího potenciálu k bioakumulaci. Toxikokinetické profily se mohou měnit s rostoucí délkou expozice nebo dávkou.
K expozicím v reálném světě obecně dochází jako k nízkoúrovňovým směsím, například ze vzduchu, vody, potravin nebo tabákových výrobků. Účinky směsi se mohou lišit od jednotlivých chemických toxikokinetických profilů kvůli chemickým interakcím, synergickým nebo konkurenčním procesům. Z jiných důvodů je stejně důležité charakterizovat toxikokinetiku jednotlivých chemických složek, které se nacházejí ve směsích, protože informace o chování nebo osudu jednotlivých chemických látek mohou pomoci vysvětlit studie biomonitoringu životního prostředí, člověka a volně žijících živočichů.