化学兵器は即効性のものと遅効性のものが存在する。
即効性:殺傷目的（例：サリン、VXガス）
遅効性:環境汚染目的（例：マスタードガス）
即効性のものは主に戦場において敵兵士を即時に殺傷することを目的としている。一般に殺傷能力の点では優れるが、環境中に放たれてから分解されるまでの時間が短く、加害の持続効果はあまりない。神経ガスの多くが該当する。
遅効性のものは、即効性のものより一般に殺傷能力の点では劣るが、環境中での分解に時間がかかるため、長時間散布地域一帯を汚染する効果がある。場合によってはその汚染事実が被害側には容易に判別できないために、汚染の拡大が期待でき、拡大後に効果が生じることになる。戦場であれば比較的後方の補給路や集積地、又は都市部や農地への無差別的な攻撃によって、補給能力、産業経済、政治、医療負担などの多様な方面から継戦能力を減殺する目的で使用される。ただし、第一次世界大戦などでのマスタードガスのように前線利用がされることもある。
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超遅効性の化学兵器であれば、接触後、数年から十数年、あるいは数十年経過したのち効果を表す。
化学兵器は致死性と非致死性に分類されることがある。もっとも、非致死性と呼ばれていても、文字通りに死亡の危険がないわけではなく、濃度や暴露時間などによるため分類は相対的である。例えば、モスクワ劇場占拠事件においては、非致死性のはずの無力化ガスと称するKOLOKOL-1が使用された結果、人質を含む129名が死亡する事態となっている。