Il monitoraggio ambientale dice quanta sostanza c'è nell'aria vicino al lavoratore; il monitoraggio biologico dice quanta ne è effettivamente entrata nel suo organismo, per tutte le vie e tenendo conto dei DPI indossati, del carico di lavoro e delle abitudini personali. Si basa sulla misura, in sangue, urine o aria espirata, della sostanza tal quale, di un suo metabolita o di un effetto precoce reversibile.
Nel D.Lgs. 81/08 il monitoraggio biologico rientra nella sorveglianza sanitaria dell'articolo 229 ed è di competenza del medico competente. L'unico valore limite biologico vincolante è quello del piombo, riportato nell'Allegato XXXIX. Per tutte le altre sostanze il medico si riferisce agli indici biologici di esposizione dell'ACGIH o ai valori proposti da organismi scientifici europei, come riferimento tecnico non cogente.
Il ruolo del RSPP e dell'ASPP non è interpretare i risultati individuali, coperti dal segreto professionale, ma garantire che il programma sia coerente con la valutazione dei rischi. Ciò significa fornire al medico l'elenco aggiornato delle sostanze per mansione, i calendari delle attività a rischio, le misure ambientali e le informazioni su fermate e bonifiche, quando le esposizioni cambiano profilo. In cambio il servizio riceve i risultati in forma anonima e collettiva, utili per verificare se le misure di prevenzione funzionano davvero oppure se esistono gruppi con valori anomali da approfondire, per esempio una squadra di manutenzione con indicatori sistematicamente più alti degli operatori di esercizio.