При повышении содержания тяжёлых металлов в почве и природных водах выше предельно допустимых возникает угроза загрязнения природной среды, приводящая к токсичным условиям для биоты.
В группу тяжёлых металлов включают: Pb, Zn, Cd, Hg, Mo, Mn, Ni, Sn, Tu, Co, Cn, V, Sb, As. Избыток этих элементов в почве приводит к снижению продуктивности роста и его качественных показателей. Фоновое содержание тяжёлых металлов невелико и редко превышает 0,005%.
Предельно допустимое содержание тяжёлых металлов оценивается по трём показателям: транслокационному (переход элементов в растение), миграционному (воздушному, водному) и по общесанитарному гигиеническому влиянию тяжёлых металлов на самоочищающуюся способность почвы.
Загрязнение почв тяжёлыми металлами происходит в результате газопылевых выбросов металлургических предприятий. Наибольшие загрязнения наблюдаются вблизи предприятий, вдоль автомобильных трасс, около аэропортов. Имеются и другие источники загрязнения, например, при внесении минеральных удобрений или применении пестицидов. Имеются сведения, что многие тяжёлые металлы выпадают на поверхность почвы в виде оксидов, растворимость которых зависит от рН почвенного раствора. Наибольшая растворимость металлов наблюдается в кислых почвах, наименьшая - в нейтральных и слабощёлочных.
Поведение тяжёлых металлов в почве очень сложно, так как они обладают высокой способностью к разнообразным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям.
В виду малой концентрации тяжёлых металлов (ТМ) в почвенных растворах и большой ёмкости поглощения почвы для оценки их поведения можно использовать линейное уравнение изотермической сорбции Генри:
(1)
где 
- равновесное состояние, соответствующее С - количеству металла, сорбированного почвой; w - объёмная влажность почвы; С - концентрация металла в почвенном растворе; a - коэффициент изотермы сорбции. Для описания поведения тяжёлых металлов в почве нужно достоверно знать коэффициент изотермы сорбции, так как по сути дела этот коэффициент объединяет все описанные ранее процессы, формирующие соотношения между подвижной и связанной фракциями иона конкретного металла. Содержание этого иона в единице объёма почвы в равновесном состоянии: 
или
. (2)
Коэффициент подвижности иона, то есть отношения массы ионов в растворе к общему его содержанию в почве определяется из соотношения:
(3)
Зная это соотношение (по результатам лабораторных анализов почвы), можно приближенно оценить значение эффективного коэффициента изотермы сорбции:
(4)
Так, если подвижные формы металла в почве составляют R = 0,1, то a = 0,11.
Большое влияние на трансформацию тяжёлых металлов оказывает почвенная влага. При растворении и последующем разложении соединений тяжёлые металлы могут переходить в подвижные формы.
Процессы поглощения тяжёлых металлов растениями для построения строгих моделей изучены ещё недостаточно. Подвижные фракции тяжёлых металлов, находящиеся в почвенном растворе, передвигаются за счёт разности потенциалов (диффузная составляющая потока) и за счёт потока влаги (конвективная составляющая).
Подвижные формы тяжёлых металлов почвенного раствора передвигаются за счёт разности концентраций (диффузная составляющая потока) и за счёт потока влаги (конвентативная составляющая).