L'olio di neem mostra tossicità per i pesci come la tilapia e la carpa un LC50 di e 302,7 ppm rispettivamente. La somministrazione orale di olio di neem nel ratto produce un grave effetto ipoglicemizzante. L'olio di semi di neem ha mostrato tossicità acuta nei ratti e nei conigli con LD50 di 14 ml/kg e 24 ml/kg rispettivamente.I possibili organi bersaglio per gli effetti tossici sono il sistema nervoso centrale e i polmoni. Questi effetti tossici potrebbero anche essere dovuti alla presenza nell'olio di neem di aflatossine e altri composti tossici. Alcune indagini indicano che l'olio di neem interferisce con la fosforilazione ossidativa mitocondriale, quindi inibendo la catena respiratoria. Diminuiscono anche il livello intramitocondriale di acetil CoA e si riduce il contenuto di ATP mitocondriale. L'olio di neem produce effetti tossici sull'uomo e sono riportati diversi casi di un suo utilizzo anche con intenzioni suicide, anche se i casi di intossicazione con esito funesto sono relativamente pochi. L'intossicazione da olio di neem nell'uomo produce tipicamente: diarrea, nausea, vomito, acidosi, encefalopatia, etc.