ثنائي ميثيل الزئبق هو ملوث بيئي سام. يوجد في الرواسب الملوثة في قاع المسطحات المائية وفي أجسام الأسماك والطيور، حيث يتواجد جنبًا إلى جنب مع أحادي ميثيل الزئبق. يتشكل أيون CH3Hg+ (أحادي ميثيل الزئبق) من خلال المثيلة البيولوجية التي تحفزها الكائنات الدقيقة للزئبق العنصري أو مركبات الزئبق المستخدمة كمبيدات فطرية زراعية والتي يتم تصريفها في البيئة. يستخدم ثنائي ميثيل الزئبق في التخليق غير العضوي وكمعيار مرجعي لقياس الرنين المغناطيسي النووي للزئبق (Hg-NMR). تم توثيق السمية الشديدة لثنائي ميثيل الزئبق لأول مرة في عام 1863 عندما توفي مساعدان مختبران بسبب التسمم به أثناء تصنيعه في مختبر فرانكلاند ودوبا. الجرعة القاتلة تقدر بحوالي 400 ملغ من الزئبق (ما يعادل بضع قطرات) أو حوالي 5 ملغ لكل كيلوغرام من وزن الجسم.