箭毒蛙的毒性堪称动物界之最，其毒素的致死量以微克级计算。黄金箭毒蛙的毒液LD50（半数致死量）为0.2微克/千克体重，1克毒液可致死1.5万人。其毒素通过破坏神经系统的钠钾泵，引发不可逆的轴突去极化，导致心脏骤停和呼吸衰竭。实验显示，0.3毫克毒素即可在3分钟内杀死成年男性。

不同种类的箭毒蛙毒性差异显著：网纹箭毒蛙的毒液致死量为2微克/千克，而草莓箭毒蛙则为10微克/千克。这种毒性强度使其成为南美原住民的狩猎工具——将箭毒蛙毒素涂抹于箭头，猎物中箭后数秒内瘫痪。现代医学尚未发现有效解毒剂，因此箭毒蛙被列为全球最危险的动物之一。