Nach akuter Belastung mit Benzol treten neben lokalen Reizerscheinungen der Haut und Schleimhäute dosisabhängig narkotische Effekte wie Schwindel, Schwächegefühl, Kopfschmerzen, Erbrechen, Bewusstlosigkeit und Atemlähmung auf. Leber- und Nierenschäden sind möglich. Nach chronischer Exposition wirkt Benzol schädigend auf das blutbildende System. Bei chronischer Belastung können die Blutbildungsstörungen in eine Form der Leukämie übergehen, wobei zwischen Exposition und Auftreten schwerer Knochenmarksschäden und einer Leukämie ein Zeitraum von bis zu 20 Jahren möglich ist.
Bei einer lebenslangen Belastung gegenüber 1 µg/m³ Benzol in der Außenluft beträgt das Risiko für das Auftreten einer Krebserkrankung nach den Abschätzungen der Weltgesundheitsorganisation 9 auf 1 000 000 Einwohner. Der Länderausschuss Immissionsschutz hat in seinem Bericht im Jahre 1992 zur Minimierung dieses Risikos einen Zielwert für Benzol von 2,5 µg/m³ vorgeschlagen. In Ballungsbebieten liegt die Benzolkonzentration in der Außenluft bei 5-10 µg/m³. Aus Gründen des Gesundheitsschutzes beträgt ab dem 1.1.2010 die Immissionsgrenzwert für Benzol im Jahresmittel 5 µg/m³.