神经性毒剂属有机磷或有机磷酸酯类化合物（organophosphorus compounds，organoposphates）。

神经性毒剂对脑、膈肌和血液中乙酰胆碱酶（acetylcholinesterase，AchE）活性有强烈的抑制作用，致使乙胆碱（acetylcholine，Ach）在体内过量蓄积，从而引起中枢和外周胆碱能神经系统功能严重紊乱。因其毒性强、作用快，能通过皮肤、粘膜、胃肠道及肺等途径吸收引起全身中毒，加之性质稳定、生产容易、使用性能良好，因此成为外军装备的主要化学战剂。

最具代表性的四个神经性毒剂是塔崩（tabun）、沙林（sarin）、梭曼（soman）和VX毒剂（VX）。美军将含有键和键的前三者称为G类毒剂。代号分别为和，将含有键的化合物称为V类毒剂，如等。

1995年3月20日奥姆真理教制作的东京地铁沙林毒气事件，其中采用的沙林，学名为“甲磷酸异丙酯”，就是神经毒气的一种，也是毒性最大的有机磷酸酯之一。

沙林可经由皮肤、眼睛接触、呼吸道的吸入或由口食入等途径危害身体，它在极小浓度就可以发挥极大毒性。即使非致死剂量的沙林侵入人体，也会造成瞳孔缩小、在暗处视力困难、胸部紧塞、头痛、恶心以及呕吐等症状。而且这些毒性会在体内累积，如果更大浓度时会使人晕眩、焦虑、心智损伤、肌肉痉挛、呼吸困难，最后导致死亡。

二次大战期间，用来当化学武器与杀虫剂的这类有机磷化合物，提供研究人员一个线索而发现「酰基化酵素」（acyl enzyme）的化学结构，我们以DFP（Diisopropyl phosphorofluoridate）为模型来解释这个过程。体内的一些水解（hydrolase）可对酯类水解成酸与醇，以提供体内所需生化反应的物质，例如脂肪水解成脂肪酸与丙三醇，乙酰胆碱（Acetylcholine，Ach）水解成胆碱；而水解反应过程中会在酵素的活化中心，形成所谓酰基化酵素的中间产物。反应方程式中水解上丝胺酸的OH基与酯反应形成酰基化酵素，再催化水解作用。不过，DFP会与酯竞争结合水解，因而使得正常酯类无法进行水解反应，如所示。

乙酰胆碱是神经传导物质（Neurotransmitter）的一种，传递讯息的神经末梢都内含有乙酰胆碱的小泡。当神经脉冲（Nerve impulse）要在神经元之间传递时，小泡就会释出乙酰胆碱，乙酰胆碱再越过突触（synapse）与受体结合，刺激更进一步的生化过程；或是Ach与乙酰胆碱酯（acetyl cholinesterase）结合，进行水解反应，形成胆碱（choline）以利回收、重新合成Ach。而这一步水解反应相当快，以确保此神经刺激反应非常短。但如果乙酰胆碱酯被外来的化合物抑制了（例如沙林、DFP等有机膦会与乙酰胆碱结合），则乙酰胆碱水解反应就被迫停止了，但此时受体却继续不断地接受乙酰胆碱的刺激而无法水解释回胆碱，如此一来会很快地造成生理上的不平衡，而导致死亡。当然如果此时能迅速利用一些解毒剂如阿托品（atropine，）等来解除乙酰胆碱与受体之作用，就可避免死亡。

单单吸入微量的沙林气体就足以致命，这是因为此毒性反应极快，在短时间较难有效地控制。至于其解毒方法，可注射阿托品来减轻症状，以确保免於死亡。

至於活化乙酰胆碱酯之解毒剂方面而言，当乙酰胆碱酯被沙林抑制之后，基本上我们可以利用更强的亲核试剂，如羟胺（），把接在乙酰胆碱酯上的含膦化合物移开，使得此可以再活化，进行乙酰胆碱的水解反应，如图八所示。

然而单单为了达到解除沙林毒性，羟胺浓度需要量会很高，而此高浓度的羟胺也会造成毒性。因此取代方法是以来治疗。的相当于IM羟胺之解毒性。除外，应有其他化合物可当神经解毒剂，如 ，见图九。这三种解毒剂都含有之亲核基，而且每一种解毒剂对不同神经毒剂之解毒效果略有不同。