O benzeno em altas concentrações é uma substância bastante irritante para as mucosas (olhos, nariz, boca, etc.), quando respirado pode provocar infamação pulmonar, e sangramento nas áreas de contato.
Também provoca efeitos tóxicos para o sistema nervoso central causando: sonolência, excitação, tontura, dor de cabeça, enjoo, náusea, taquicardia, dificuldade respiratória, tremores, convulsão, perda da consciência e morte.
Quanto aos efeitos da exposição em longo prazo (crônicos) ao benzeno, podem ocorrer alterações na medula óssea, no sangue, nos cromossomos, no sistema imunológico e pode causar vários tipos de câncer.