三鹵甲烷對健康的影響，主要是針對氯仿而言，因為它是在飲用水中出現頻率最高且影響最大者。
氯仿可使中樞神經系統衰退，并且還會影響肝、腎的功能。氯仿的立即毒性往往是失去知覺，然后可能會隨著昏迷而造成死亡。暴露在氯仿24～48小時后，腎即受傷害，經過2～5天后可發現肝受損；而因氯仿所造成的昏迷癥狀，則須經好幾天才會復原。
針對致癌性來說，美國國家癌癥研究所以氯仿摻入食物中喂食Osborne-Mendel大白鼠與B6C3-F1小白鼠，劑量為90或180mg/kg。結果在111星期后，發現雄大白鼠因明顯肝惡性腫瘤而大部分死去，雌大白鼠卻不曾死亡，但發現有甲狀腺腫瘤。
至于含溴三鹵甲烷，雖然有關它的毒性資料較少，但在有些研究中，證實它的致突變性和致癌性；它在生理化學活性上較氯仿為強。
在流行病學的研究上，尚沒有充分的證據顯示，飲用水中的污染物與癌癥的死亡率有直接關系，但已有些研究多少顯示，癌癥的死亡率與罹病率與飲用水的水質有某種程度上的關連。
氯仿在人類或動物身上，有好幾種不良的影響，對健康潛在的風險，以可能會致癌的影響最大。基于此種考慮，對于飲用水中含氯仿的標準值，世界衛生組織（WHO）依每人平均每天飲用2公升的水，終身致癌風險為10-5時，訂出氯仿之標準值為0.03mg/l。美國環保署訂定總三鹵甲烷的最大污染物限值為0.10mg/l，此與終身致癌風險（每天飲用2公升0.10mg/lCHC13，連續70年）為3.4×10-4的數值有關。