Theo báo cáo năm 2010 của Tổng hội Y khoa Hoa kỳ, khói thuốc lá chứa 7.000 hóa chất, trong đó có 69 chất gây ung thư. Một số chất độc hại điển hình trong khói thuốc lá gồm:
Nicotine: Là một chất gây nghiện có trong thuốc lá, được hấp thụ vào máu và ảnh hưởng đến não bộ trong khoảng 10 giây sau khi hút vào. Sau mỗi lần hít một hơi thuốc lá, Nicotine gây tăng nhịp đập của tim, co thắt mạch máu ở tim, tăng mạch và huyết áp.
Cơ quan Kiểm soát Dược và thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) xếp nicotine vào nhóm các chất có tính chất dược lý gây nghiện mạnh, tương tự Heroin và Cocain.
Khi Nicotine trong khói thuốc gắn kết thụ thể Nicotine trên các tế bào thần kinh tại “trung tâm thưởng” ở hệ viền não bộ, các hóa chất trung gian dẫn truyền thần kinh được phóng thích gây ra một loạt các phản ứng hóa học tạo ra nhiều tác động tâm thần kinh như cảm giác sảng khoái, vui vẻ, tăng hoạt động nhận thức.
Tuy nhiên cảm giác đó sẽ mau qua đi sau vài phút. Khi nồng độ Nicotine trong cơ thể giảm xuống, người hút thuốc sẽ cảm thấy bứt rứt, căng thẳng; không tập trung được; buồn bã, lo lắng; rối loạn giấc ngủ.. Vì vậy để có sự thoải mái, người hút thuốc phải tiếp tục hút thuốc.
Ở những người sử dụng thuốc lá, Nicotine được tìm thấy ở tất cả các cơ quan, bộ phận trong cơ thể và trong cả sữa mẹ. Đối với những người hút trên 15 điếu thuốc một ngày, nồng độ Nicotine trong máu luôn ở mức cao làm cho việc cai thuốc trở nên khó khăn hơn rất nhiều. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các nhà sản xuất thuốc lá sử dụng nhiều hoá chất đi kèm nhằm tăng độ hấp thu Nicotine vào cơ thể .
Hắc ín (Tar): Hắc ín hay còn gọi là nhựa thuốc lá, có màu đen và quánh giống như nhựa đường, chứa rất nhiều chất gây ung thư.
Carbon monoxide (khí CO): Khí CO trong khói thuốc lá khi hấp thụ vào máu sẽ gắn kết rất chặt với hemoglobine trong hồng cầu, làm giảm khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu, giảm nồng độ oxy trong máu, làm máu đặc hơn và làm tăng gánh nặng cho tim.
Khí CO góp phần hình thành các mảng xơ vữa động mạch đồng thời làm suy giảm sự hấp thụ các chất dinh dưỡng thiết yếu và ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và điều chỉnh cơ thể, liên quan đến bệnh tim, đột quỵ và các vấn đề tuần hoàn khác.
Benzene: Là một chất sinh ung thư được tìm thấy trong khói của dầu khí hay trong thuốc trừ sâu bọ. Chất này có nồng độ rất cao trong khói thuốc lá, lượng Benzene tác động đến con người từ khói thuốc lá chiếm một nửa lượng Benzene xâm nhập vào con người từ tất cả các nguồn.
Nitrosamines: Là một chất gây ung thư rất mạnh có nhiều trong khói thuốc và cả trong các sản phẩm thuốc lá không khói.
Ammonia: Là một chất được sử dụng trong thuốc kích thích tăng trưởng và trong các sản phẩm tẩy rửa. Trong sản xuất thuốc lá, chất này được sử dụng tăng cường khả năng hấp thụ Nicotine của niêm mạc đường hô hấp, vì thế cùng một lượng khói thuốc hít vào, lượng Nicotine được hấp thụ tăng lên.
Formaldehyde: Dung dịch dùng trong ướp xác, và nó cũng có nhiều trong khói thuốc. Chất này gây kích thích mũi, họng và mắt của người hút thuốc khi hít phải khói thuốc lá.
Polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH): Là một chất gây ung thư tìm thấy trong dầu đi ê zen và sản phẩm đốt cháy khác.
