煤塵的化學性質不同，其生物學作用也不同，主要的致病作用有以下幾種：

(1)皮膚、粘膜、上呼吸道的刺激作用：吸入的煤塵首先進入呼吸道刺激呼吸道粘膜，使粘膜毛細血管擴張，粘液分泌增加，以加強對粉塵的陰留作用。但長期的粘膜毛細血管擴張則導致粘膜肥大，繼之發生粘膜營養不良而致萎縮，形成萎縮性鼻炎。硬度較大，邊緣銳利的煤塵顆粒還可機械性的直接損傷粘膜細胞引起鼻炎，咽炎，喉炎。煤塵散落于皮膚上可堵塞皮脂腺，使皮膚干燥，易于繼發感染形成粉刺、毛囊炎等。粉塵對角膜的刺激及損傷可致角膜感覺喪失，角膜混濁等改變。

(2)非特異性炎癥反應：長期吸入大量煤塵可損傷呼吸道粘膜，使粘膜上皮細胞增生肥大，粘液分泌增加，纖毛運動減弱。煤塵所致呼吸道機械性損傷也常引起繼發性感染，因此煤塵作業人員的慢性支氣管炎是常見的與職業有關的疾病，也有人稱之為“塵性慢性支氣管炎”。吸煙和煤塵的聯合作用可增加慢性支氣管炎的發病率。

(3)致纖維化作用：煤工塵肺是一種嚴重危害作業人員健康的法定職業病，是由于作業人員長期混合暴露于煤塵、煤矽混合粉塵和矽塵的而引起的肺部彌漫性纖維化病變為主的一類全身性疾病的統稱。其病理特點是肺組織發生彌漫性、進行性纖維組織增生，引起呼吸功能嚴重受損而致勞動能力下降或喪失。游離二氧化硅具有極強的細胞毒性和致纖維作用，煤塵的致纖維化作用和煤塵中游離二氧化硅的含量有關。

(4)致癌作用：關于煤工塵肺與肺癌發病間的關系，各家報道頗不一致。英國早年報道認為，煤工塵肺病人由于較早的死亡，肺癌發病率低于一般人群。美國公共衛生署報道 Appalachian 煤礦工人肺癌死亡率亦低于一般人群。我國賀繼斌分析了淮南煤礦 1986 年以來 24000 名煤塵作業人員及 2000 多名煤工塵肺病人肺癌發病率，經年齡標準化后，煤工塵肺病人肺癌發病率明顯高于煤塵作業人員。煤工塵肺與肺癌發病間的關系尚待進一步研究。