土壤重金属污染，指由于人类活动，土壤中的微量金属元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高的现象。重金属是指比重等于或大于5.0的金属，如铁、锰、锌、镉、汞、镍、钴等；砷是一种准金属，但由于其化学性质和环境行为与重金属多有相似之处，故在讨论重金属时往往包括砷，有的则直接将其包括在重金属范围内。由于土壤中铁和锰含量较高，因而一般认为它们不是土壤污染元素，但在强还原条件下，铁和锰所引起的毒害亦引起足够的重视。中国多个出产的稻米被查出镉超标。镉米危机的出现，再次敲响土壤污染的警钟。土壤农药污染指农药或其有害代谢物、降解物对土壤环境和土壤生物产生的污染。施用农药后，一部分散落在土壤上（有时则是直接施于土壤中）或蒸发、散逸到空气中，或随雨水及农田排水流入河湖，污染水体和水生生物。农药残留通过大气、水体、土壤、食品，最终进入人体，引起各种慢性或急性病害。易造成环境污染及危害较大的农药，主要是那些性质稳定、在环境或生物体内不易降解转化，而又有一定毒性的品种，如双对氯苯基三氯乙烷（DDT）等持久性高残留农药。研究筛选高效、低毒、低残留和高选择性（即非广谱的）新型农药，已成为重要课题。

重金属在土壤中经历各种物理、化学和生物学过程，在复杂多相的土壤体系中，重金属以各种各样的形态如水溶态、交换态、有机物结合态、铁锰结合态和残余态存在，这些形态对植物的有效性（即能被植物利用的程度）不同，且随着土壤条件的变化（如土壤酸化），一些形态会发生相互转化。

农药污染主要是有机氯农药污染、有机磷农药污染和有机氮农药污染。土壤污染后，农药残留物，从土壤环境中转移到粮食、瓜果等农产品中，人类是通过饮食进入人体。食物中农药的残留浓度一般是很低的，但通过食物链和生物浓缩可使生物体内的农药浓度提高至几千倍，甚至几万倍。

污染土壤的重金属主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。

人类从20世纪40年代起开始使用农药除虫除草，每年挽回农业总产量15%左右的损失，广泛用于机械化水平较高的平原产粮区和传统农耕丘陵区甚至山区。但是，由于长期滥用农药，使环境中的有害物质大大增加，危害到生态和人类，形成农药污染。

土壤一旦被重金属或农药污染，土壤修复起来却较为困难，成本也较高。一般来讲，土壤污染修复涉及耕地和饮用水源地的土壤保护、土壤污染源的源头控制、被污染地块的风险管控、加强修复试点示范，以及监测体系建立等。

由于农药的大量、大面积使用，以及农药的不可降解性，已对地球造成严重的污染，并由此威胁着人类的安全。1962～1971年，在越南战争中，美国向越南喷洒了6434升落叶剂-2，4-D（2，4-二氯苯氧基乙酸）和2，4，5-T（2，4，5-三氯苯氧基乙酸）。在2，4-D和2，4，5-T中还含有剧毒的副产物二噁英类化合物。其结果是造成大批越南人患肝癌、孕妇流产和新生儿畸形。这证明了有机氯农药有严重的毒害作用。此后，美国和其他西方国家便陆续禁止在本国使用有机氯农药，中国也在1983年禁止有机氯农药的生产和使用。据统计，中国每年农药使用面积达1.8亿公顷次，20世纪50年代以来使用的666达到400万吨、DDT 50多万吨，受污染的农田1330万公顷。农田耕作层中666、DDT的残留量分别为0.72×10^-6和0.42×10^-6；土壤中累积的DDT总量约8万吨。