Se conoce por agentes de bioterrorismo a materiales biológicos como bacterias, virus, hongos o toxinas que se utilizan deliberadamente para atentar contra la salud o matar. Pueden ser usados por terroristas tanto por el impacto psicológico que tienen sobre la población como por el hecho de que pueden causar la muerte; además son de fácil distribución y difíciles de detectar. Los agentes de bioterrorismo se han utilizado en acciones militares o bélicas durante miles de años. Ello ha supuesto la inmersión de flechas en toxinas, la contaminación de alimentos o de canalizaciones de agua con venenos, propagando así de forma deliberada infecciones mortales. Los agentes de bioterrorismo pueden introducirse en alimentos o agua y dispersarse en el aire; también se han introducido en los cultivos y cosechas y en el ganado, e incluso por correo postal como ocurrió en el año 2001.
Muchos de los agentes de bioterrorismo son sustancias naturales o microorganismos que normalmente ocasionan un número reducido de muertes por año o en cada brote periódico. Suelen penetrar en el organismo por inhalación, por ingestión, por contacto directo con mucosas de ojos y nariz o por cortes o lesiones de la piel.
Los agentes pueden ser manipulados previamente a ser usados como arma: se pueden concentrar, aerosolizar (se facilita su dispersión), potenciar su capacidad infectiva y/o hacerlos más resistentes a posibles tratamientos. Algunos agentes causan infecciones que se transmiten fácilmente de persona a persona y deben contenerse rápidamente, mientras que otros como el ántrax afectan típicamente a la persona que ha estado expuesta a ellos, aunque pueden causar la muerte si no se instaura un tratamiento con rapidez.