Natriumbentsoaatin akuutti myrkyllisyys on pieni ja eläinten maksimaalinen ei-aktiivinen annostelu (MNL) on 500 mg / kg ruumiinpainoa. Mutta se voidaan muuntaa myrkyllisimmäksi bentsoehapoksi ihmisen suolen happamassa ympäristössä. Bentsoehapon ja sen natriumsuolojen nauttiminen hiirillä voi johtaa laihtuminen, ripuli, verenvuoto, halvaus ja jopa kuolema.
Bentsoehapon myrkyllisyys saavutetaan muuttamalla solukalvojen läpäisevyyttä, estämällä aminohappojen imeytymistä solukalvoissa ja estämällä entsyymien, kuten lipaasin, solukalvojen vaikutusta. Bentsoehapolla ei ole kroonista myrkyllisyyttä. Rotilla tehdyissä kahdeksan peräkkäisen viikon hemihapposekoituksen tulokset eivät osoittaneet epänormaaleja muutoksia hiirien jälkeläisten kasvuun, etenemiseen ja morfologiaan.
Muilla kokeilla on myös osoitettu, että bentsoehapolla ei ole kertyviä, teratogeenisia, karsinogeenisiä, mutageenisia ja antigeenivaikutuksia. Bentsoehappo hajoaa nopeasti eläimissä, bentsoehappoa (99%) pääasiassa yhdistettynä glysiiniin hevosen virtsahapon muodostamiseksi, loput glukoosilla ja formaldehydillä yhdistetään muodostaen 1-ensimmäisen glukoosiasetaldehydin.