زمانی که جوهر خالکوبی وارد بدن می‌شود، در همان محل باقی نمی‌ماند. در زیر پوست، رنگ‌دانه‌های خالکوبی با سیستم ایمنی بدن، به شیوه‌هایی که دانشمندان تازه در آغاز شناخت آن‌ها هستند، برهم‌کنش پیدا می‌کنند.

خالکوبی‌ به طور کلی ایمن در نظر گرفته می‌شود، اما شواهد علمی زیادی نشان می‌دهند که جوهرهای خالکوبی از نظر زیستی خنثی نیستند. پرسش اصلی، دیگر این نیست که آیا خالکوبی مواد خارجی را وارد بدن می‌کند یا نه، بلکه این است که این مواد تا چه اندازه می‌توانند سمی باشند و این موضوع چه پیامدهایی برای سلامت بلندمدت دارد.

جوهرهای خالکوبی ترکیب‌های شیمیایی پیچیده‌ای هستند. این جوهرها شامل رنگ‌دانه‌هایی برای ایجاد رنگ، حامل‌های مایع برای کمک به توزیع یکنواخت جوهر، مواد نگه‌دارنده برای جلوگیری از رشد میکروبی، و مقادیر اندکی ناخالصی می‌شوند.

بسیاری از رنگ‌دانه‌هایی که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند، در اصل برای کاربردهای صنعتی مانند رنگ خودرو، پلاستیک‌ها و تونر چاپگر توسعه یافته‌اند، نه برای تزریق به پوست انسان.

برخی از جوهرها حاوی مقادیر جزئی فلزات سنگین هستند، از جمله نیکل، کروم، کبالت و گاهی سرب. فلزات سنگین در سطوح معین می‌توانند سمی باشند و به خوبی به‌عنوان عوامل محرک واکنش‌های آلرژیک و حساسیت‌های ایمنی شناخته شده‌اند. جوهرهای خالکوبی همچنین می‌توانند شامل ترکیبات آلی باشند، از جمله رنگ‌های آزو و هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای.

رنگ‌های آزو، رنگ‌زاهای مصنوعی هستند که به طور گسترده در صنایع نساجی و پلاستیک استفاده می‌شوند. این ترکیبات تحت شرایط خاصی، مانند قرارگیری طولانی‌مدت در معرض نور خورشید یا در جریان حذف خالکوبی با لیزر، می‌توانند به آمین‌های آروماتیک تجزیه شوند. این مواد شیمیایی در مطالعات آزمایشگاهی با سرطان و آسیب‌های ژنتیکی ارتباط داده شده‌اند.

هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای که اغلب به صورت مخفف PAHs نامیده می‌شوند، در اثر سوختن ناقص مواد آلی تولید شده و در دوده، گازهای خروجی خودروها و مواد غذایی سوخته یافت می‌شوند. جوهرهای خالکوبی مشکی که معمولاً از کربن بلک ساخته می‌شوند، ممکن است حاوی این ترکیبات باشند که برخی از آن‌ها در دسته مواد سرطان‌زا طبقه‌بندی شده‌اند.

جوهرهای رنگی، به‌ویژه رنگ‌های قرمز، زرد و نارنجی، بیشتر با واکنش‌های آلرژیک و التهاب مزمن ارتباط دارند. این موضوع تا حدی به دلیل وجود نمک‌های فلزی و رنگ‌دانه‌های آزو است که می‌توانند به آمین‌های آروماتیک بالقوه سمی تجزیه شوند.

فرآیند خالکوبی شامل تزریق جوهر به عمق درم، یعنی لایه‌ای از پوست در زیر سطح خارجی آن است. بدن، ذرات رنگ‌دانه را به‌عنوان مواد خارجی شناسایی می‌کند. سلول‌های ایمنی تلاش می‌کنند آن‌ها را حذف کنند، اما این ذرات آن‌قدر بزرگ هستند که به طور کامل پاک‌سازی نمی‌شوند. در نتیجه، این ذرات درون سلول‌های پوستی به دام می‌افتند و همین موضوع باعث می‌شود خالکوبی‌ها دائمی باشند.