Dioksini in rak so neposredno povezani, ko pride do visoke ravni izpostavljenosti. Vladne agencije, ki preučujejo in urejajo zdravstvena tveganja zaradi kemikalij, so nadgradile povezavo med dioksini in rakom, tako da so dioksine razvrstile kot znane rakotvorne snovi za ljudi. Izpostavljenost visokim nivojem dioksinov lahko povzroči raka na limfnem sistemu, dojki, žolčniku in krvi ter sarkome mehkih tkiv. Povezava med dioksini in rakom pri nizki izpostavljenosti ni znanstveno določena.
V okolju obstaja na stotine dioksinov, ki nastajajo s kemičnimi spojinami na osnovi klora, ki onesnažujejo zrak, vodo in tla. Vrsta, ki velja za najbolj strupeno in jo preučujejo raziskovalci dioksinov in raka, je znana kot tetraklorodibenzo-para-dioksin (TCDD). Povezave med vsemi drugimi oblikami dioksinov in rakom so preučene v zvezi z znanimi toksičnimi učinki TCDD.
Dioksini nastajajo pri sežiganju odpadkov na odlagališčih ter pri procesih rafiniranja in taljenja v obratih za proizvodnjo kovin. Postopek beljenja, ki se uporablja v papirni in celulozni industriji, prav tako proizvaja dioksine. Te kemikalije obstajajo v cigaretnem dimu, pesticidih, herbicidih in v zaščitnih sredstvih za les. Večina ljudi izpostavljenosti dioksinom je posledica uživanja hrane, kontaminirane s kemikalijo.
Meso vsebuje največ dioksinov, ki jih najpogosteje najdemo v govedini, sledijo piščanec, svinjina in mastne ribe. Mlečni izdelki, kot so sir, maslo, mleko, jajca in sladoled, so lahko tudi umazani z dioksini. Ljudje, ki živijo v bližini rafinerij, papirnic ali občinskih odlagališč, lahko vdihujejo zrak, onesnažen s kemikalijo.
Ena najbolj znanih študij o dioksinih in raku je preučevala uporabo Agent Orange s strani ameriške vojske v jugovzhodni Aziji med vietnamsko vojno. Ogromna prostranstva džungle so bila poškropljena s herbicidom, da bi uničili rastline, ki so skrivale sovražne čete. Vietnamski veterani, izpostavljeni visokim ravnem TCDD v Agent Orange, so pokazali višje stopnje raka in drugih zdravstvenih motenj.
Znanstveniki verjamejo, da TCDD spodbuja rast in širjenje tumorjev z biokemično spremembo celic. Te študije so odkrile povečano stopnjo raka na ravneh, ki so se prej štele za netoksične. Druga študija je pokazala podobne rezultate pri uporabi herbicidov.
Prebivalci, ki so bili izpostavljeni TCDD v mestu Seveso v Italiji, ko je leta 1976 eksplodirala tovarna herbicidov, so kasneje razvili različne vrste raka. Raziskovalci so preučili razdaljo od eksplozije in ravni dioksinov, najdenih v tleh in vodi, da bi ocenili povezavo med dioksini in rakom. Primerjali so stopnje raka 10 let po nesreči z območji, ki so se izognili kontaminaciji, saj rak običajno traja toliko časa ali več, da se razvije.
Dioksini obstajajo tudi v plastiki iz polivinilklorida (PVC) in so lahko prisotni v nekaterih plastičnih posodah za živila. Zdravstveni strokovnjaki odsvetujejo ponovno uporabo plastičnih posod, namenjenih enkratni uporabi, kot so kadi z margarino, v mikrovalovni pečici. Toplota lahko sprošča dioksine v hrano. Plastični ovoj za živila, ki se uporablja v mikrovalovni pečici, je treba izdelati posebej za to uporabo, izogibati pa se je treba tanki plastiki, kot so plastične vrečke za živila.