磷酸三甲酯具有一定的毒性，其主要健康危害包括刺激作用，並且對動物可能引起弛緩性癱瘓。在急性毒性研究中，大鼠經口的LD50值為1.65ml/kg，而小鼠腹腔內的LD50值為700mg/kg。此外，磷酸三甲酯對中樞神經系統有損害作用，可能導致弛緩或痙攣性癱瘓。在亞急性和慢性毒性研究中，兔經口0.3ml/kg/日×6日或貓皮下0.1ml/kg/日×79日也會引起體重減輕和衰弱等症狀。特殊毒性研究表明，磷酸三甲酯在體外能轉化哺乳動物細胞，引起中國倉鼠細胞染色體畸變，且在小鼠腹腔內的最小中毒劑量為700mg/kg，表明其具有誘變性。儘管磷酸三甲酯被認為是一種低毒物質，但接觸皮膚和黏膜可能會引起刺激作用，且在特定情況下，如小孩誤食，可能會導致中毒症狀，包括頭暈、頭疼、視物模糊等，嚴重情況下可能出現神志不清、呼吸衰竭、昏迷等情況，危及生命。