Les écologistes redoutent notamment le phénomène de pollution génétique : le gène résistant aux herbicides qui appartient à la plante modifiée pourrait être transmis, par le vent, l'eau ou les insectes, à d'autres plantes, qui deviendraient à leur tour génétiquement modifiées. Dans le cas où le gène se transmettrait à un végétal utile, par exemple, d'un maïs transgénique à un maïs « normal », les écologistes craignent une uniformisation des aliments, ce qui serait une menace à la biodiversité.

Ils soulèvent aussi le risque de rendre indestructibles des plantes indésirables ou de rendre nuisibles des plantes qui étaient au départ utiles dans leur écosystème. Le problème est illustré par des études, menées notamment au Danemark, sur le colza génétiquement modifié, dont le gène de résistance à un herbicide a été propagé à des mauvaises herbes par des abeilles sur plusieurs kilomètres. Les écologistes craignent également que les gènes résistant aux herbicides polluent l'eau et le sol.

Quant à la diminution de l'utilisation des herbicides et des pesticides, les opposants aux OGM n'y croient pas. Ils craignent au contraire une utilisation accrue de ces produits. D'habitude, dans le cas d'un herbicide total, c'est-à-dire qui tue toutes les plantes, comme le Roundup de Monsanto (qui a également créé des plantes résistantes au pesticide qu'elle fabrique), ce genre d'herbicide n'est utilisé que lorsque la plante est sortie de terre. Mais avec une plante résistante, la tentation d'utiliser l'herbicide à n'importe quel stade de la production peut être plus forte, une tendance qui sera encore plus accentuée si on se retrouve avec des mauvaises herbes rendues elles aussi insensibles. Si cela ne s'est pas encore produit, le Département de l'Agriculture des États-Unis a tout de même conclu à une diminution négligeable de la quantité de pesticides utilisée dans les champs de maïs et de soja génétiquement modifiés, mais il existe de tels écarts d'une région à l'autre du pays qu'il est difficile de tirer des conclusions.

La résistance des plantes à certains insectes constitue une autre source d'inquiétude : les uns croient que ces insectes pourraient disparaître, ce qui menacerait la biodiversité de la planète. Les autres craignent plutôt que certaines espèces d'insectes deviennent insensibles à la toxine produite par les plantes. En outre, il est possible que des insectes qui ne sont pas nuisibles ou même qui sont utiles soient eux aussi détruits. Les environnementalistes citent l'exemple de la chenille du papillon monarque, qui est morte après avoir été nourrie avec du maïs génétiquement modifié lors d'une étude en laboratoire menée à l'université Cornell, aux États-Unis.

Les écologistes soulignent également les risques pour la santé humaine, puisqu'on ignore l'effet qu'auront ces végétaux « mutants » sur la chaîne alimentaire. Ils soulèvent aussi le risque d'allergie que poserait, tant pour les animaux que pour les humains, une plante qui contiendrait un gène d'un aliment allergène, comme le blé ou l'arachide. Une expérience a démontré qu'un soja dans lequel on avait introduit un gène de noix de Grenoble provoquait des réactions chez une personne allergique à ce type de noix. Le produit n'a donc pas été commercialisé.

D'autre part, l'introduction dans les OGM d'un gène de résistance aux antibiotiques pourrait rendre les individus insensibles à ces médicaments. C'est d'ailleurs cette crainte qui fait du maïs BT l'un des OGM les plus contestés. On y introduit un gène marqueur, qui résiste à un antibiotique de la même famille que la pénicilline, pour vérifier le succès de la transgénèse. Or, certains posent l'hypothèse d'une diffusion possible de ce gène aux animaux, puis aux humains. La situation est d'autant plus préoccupante que l'efficacité des antibiotiques a diminué au cours des dernières années.

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