В статье представлен критический анализ накопленного международного и национального опыта, освещающего становление и основные этапы развития теоретических основ и практической значимости применения биомаркеров в медико-экологических исследованиях и экспертизах на примере воздействия на организм вредных химических факторов. Показано, что для доказательства причинно-следственной связи возникновения негативных эффектов и их развития с воздействием вредных факторов окружающей среды актуализируется необходимость расширения научных исследований в области применения биомаркеров, критериев их выбора и оценки. В соответствии с экспертным докладом, опубликованном международными организациями, выделяются биомаркеры трех классов: 1. Биомаркеры экспозиции. 2. Биомаркеры восприимчивости организма к вредному воздействию. 3. Биомаркеры вредных эффектов. С учетом современных международных подходов и национальных компетенций дана характеристика и показана практическая значимость каждого класса биологических маркеров при обосновании причинно-следственных связей в системе «окружающая среда - здоровье человека», сформулированы основные требования к порядку их применения в медико-экологических исследованиях.