La toxicidad aguda del benzoato de sodio es menor, y la dosis máxima sin efecto (NMN) en animales es de 500 mg/kg de peso corporal. Sin embargo, puede convertirse en ácido benzoico, altamente tóxico, en el ambiente ácido del tracto intestinal humano. La ingestión de ácido benzoico y su sal sódica en ratones puede causar pérdida de peso, diarrea, sangrado, parálisis e incluso la muerte. La toxicidad del ácido benzoico se logra modificando la permeabilidad de la membrana celular, inhibiendo la absorción de aminoácidos por esta y la actividad de enzimas como la lipasa a través de la membrana celular, lo que dificulta la síntesis de ATP.