Согласно физиологической классификации подразделяют на:

- нервно-паралитические ОВ (фосфорорганические соединения): зарин, зоман, табун, VX;

- общеядовитые ОВ: синильная кислота; хлорциан;

- кожно-нарывные ОВ: иприт, азотистый иприт, люизит;

- ОВ, раздражающие верхние дыхательные пути или стерниты: адамсит, дифенилхлорарсин, дифенилцианарсин;

- удушающие ОВ: фосген, дифосген;

- раздражающие оболочку глаз ОВ или лакриматоры: хлорпикрин, хлорацетофенон, дибензоксазепин, хлорбензальмалондинитрил, бромбензилцианид;

- психохимические ОВ: хинуклидил-3-бензилат, BZ.

Впервые ОВ были применены в Первой мировой войне. В феврале 1915 г. французские войска стали использовать винтовочные гранаты с хлором. Однако данный способ применения отравляющих газов был весьма неэффективен и не создавал значительной их концентрации на позициях противника. Гораздо более успешным был опыт немецких войск в боях в районе города Ипр 22 апреля 1915: 4-я германская армия нанесла контрудар на Ипрский выступ, упредив готовившееся наступление англо-французских войск, и заняла большую часть выступа. В 1-й день боев немцы применили распыление хлора из баллонов и нанесли противнику тяжёлые потери, добившись эффекта массового поражения, благодаря чему этот случай стал широко известен.

6 августа 1915 года немцами против защитников русской крепости Осовец были применены отравляющие вещества, представлявшие собой соединения хлора и брома.

В июне 1916 г. химическое оружие широко применялось русскими войсками в ходе Брусиловского прорыва. 76-мм снаряды с ОВ удушающего (хлорпикрин) и ядовитого (фосген, венсинит) действия показали свою высокую эффективность при подавлении артиллерийских батарей противника.

Первым международным правовым актом, запрещающим применение ОВ, стал Женевский протокол 1925 года.

Под впечатлением применения ОВ в 1-й мировой войне многие государства начали лихорадочную подготовку к массовому применению ОВ в будущих войнах. Подготовка включала как оснащение войск средствами противохимической защиты, так и меры по защите гражданского населения. В 1920-х годах в ряде стран проводятся регулярные учения гражданского населения по действиям в условиях химической атаки. К началу 2-й мировой войны большинство передовых государств подошло с развитой системой химической защиты. Например, в СССР была создана полувоенная организация ОСОАВИАХИМ.

Тем не менее, за всю историю войн и локальных конфликтов после 1-й мировой войны применение боевых ОВ носило эпизодический характер. Главной причиной этого явилась относительно низкая эффективность ОВ, как средства массового поражения. Эффективность применения ОВ в 1-й мировой войне была во многом преувеличена психологическим шоком от применения нового, неизвестного оружия. Сильно сказалось и первоначальное отсутствие средств защиты от ОВ. В 1920-е годы расчёты военных показали, что эффект от применения боеприпасов с ОВ намного ниже эффекта от применения обычных боеприпасов (принималось в расчёт количество солдат противника, выводимых из строя, например, после часового обстрела позиций химическими снарядами и фугасными). Также, эффект ОВ во многом зависит от таких факторов, как погода (направление и сила ветра, влажность и температура воздуха, давление и т.д.). Это делает эффект применения ОВ в боевой обстановке почти непредсказуемым. Хранение боеприпасов с ОВ намного сложнее хранения обычных боеприпасов, утилизация повреждённых химических боеприпасов в полевых условиях невозможна. Все эти факторы, плюс появившиеся эффективные средства защиты, сделали военное применение ОВ затруднительным и, за редким исключением, бессмысленным.

Но само наличие на вооружении химического оружия является мощным психологическим фактором воздействия на противника и сдерживания его от применения своего химического оружия, заставляя армии проводить масштабные мероприятия по противохимической защите. Эффективность воздействия, при всей его непредсказуемости, на неподготовленного противника (и тем более неподготовленное гражданское население) остается высокой. Причем психологический эффект превышает собственно боевой.

Помимо невысокой боевой эффективности, основным фактором сдерживания является резко негативное отношение общества к самому факту применению любого ОМП, в том числе и химического.