Nitrobenzol ist in Wasser kaum löslich, schwimmt also eher darauf. Es kann durch die Haut, über die Atemwege und das Verdauungssystem in den menschlichen Organismus gelangen. Im Blut wandelt es den roten Blutfarbstoff Hämoglobin so um, dass er keinen Sauerstoff mehr transportieren kann. Es stört die Funktion des Nervensystems und führt zu Übelkeit und Erbrechen, Kopfschmerzen, Benommenheit, Lähmungen, Atmungsstörungen und motorischer Unruhe. Die akute Vergiftung mit mehreren Gramm ist tödlich. Bei chronischer Nitrobenzol-Vergiftung treten Blutschädigungen, Gelbsucht, Leberschäden und Hautausschläge auf.

Aus dem Magen kann Nitrobenzol durch Spülung mit Paraffin entfernt werden. Bei einer schweren akuten Intoxikation sind intensivmedizinische Maßnahmen erforderlich.

Nitrobenzol wird als Zwischenprodukt oder Zusatzstoff in der chemischen und pharmazeutischen Industrie gebraucht, um z. B. Farbstoffe oder Sprengstoffe herzustellen. In Deutschland gilt ein strenger Arbeitsplatz-Grenzwert (früher MAK-Wert): 5 mg/m³ bzw. 1 ml/m³ (ppm).