A l’heure actuelle, l’évaluation de la qualité biologique des milieux aquatiques reposent principalement sur l’utilisation de diverses métriques biologiques basées sur les populations et les communautés biologiques notamment les invertébrés et les poissons. Ces mesures ont prouvé leur utilité pour décrire l’état d’un écosystème et mettre en évidence leur perturbation, mais se confrontent à plusieurs limites dans l’étude de l’impact des contaminants. Ainsi, l’état des objets biologiques observés à ces niveaux d’organisation peuvent intégrer aussi bien l’influence de variables physiques (habitat) que chimiques et ne permettent pas d’identifier le type de contaminant incriminé. De plus, les patrons (de dégradations et de non dégradation) à la base du diagnostic proposé résultent de l’influence de ces paramètres environnementaux à de grandes échelles temporelles et spatiales. La nécessité de devoir identifier l’origine d’une perturbation et de discriminer un stress d’origine physique (habitat) ou chimique (polluant) impose la capacité d’établir et de quantifier les liens existants entre cause et effet et par conséquent de revenir à des « systèmes biologiques » moins complexes (niveau biologique moins élevé) que sont la cellule ou l’organisme. Ainsi de nombreux tests de laboratoire ont été développés et utilisés pour évaluer la toxicité de polluants et d’échantillons environnementaux tels que les rejets. L’intérêt de disposer de tests standardisés permet des comparaisons robustes et fiables des données obtenues, mais constitue également une limite forte pour l’évaluation de la qualité des milieux. En effet, il est souvent délicat d’extrapoler et d’interpréter ces données en milieu naturel. De plus ces tests se confrontent à de nombreuses limites techniques. Plus récemment l’écotoxicologie a mis en place des approches in situ, basées sur l’utilisation d’organismes autochtones ou sur l’encagement d’organismes provenant d’une population contrôle et la mise en place de mesures de toxicité (biomarqueurs et traits de vie). La DCE, aujourd’hui, ne s’appuie pas sur l’utilisation des biomarqueurs et biotests en complémentarité à l’état chimique et écologique pour permettre un meilleur diagnostic de la fraction des contaminants biodisponible et la toxicité de cette pollution chimique. Toutefois, différents travaux de recherche menés à l’INERIS (sur le poisson) et à l’Irstea (chez les invertébrés, notamment le gammare) se sont attachés à comprendre la variabilité naturelle pour de nombreux indicateurs chimiques et de toxicité et par conséquent de définir des valeurs seuils, permettant une interprétation fiable de ces indicateurs. L'ensemble de ces travaux de développement méthodologique des biomarqueurs et de connaissance du fonctionnement de ces outils permet aujourd'hui de proposer un transfert de la sphère de la recherche vers la sphère opérationnelle notamment dans le cadre des contrôles d’enquête et d’investigations environnementales.