土壤重金属污染具有长期性、隐蔽性、难降解等特点，土壤一旦被重金属污染会持续几百或几千年，很难恢复。
例如，根据土壤类型以及理化性质，镉(Cd)，铜(Cu)和铅(Pb)达到半衰期的时间分别为15~1100年，310~1500年和740~5900年。重金属元素在物理、化学、生物作用下，经过吸附/解吸、溶解/沉淀、氧化/还原、络合/螯合、质子化等生物地球化学行为，在土壤内部及其环境之间迁移、分散、聚集。并且污染的土壤一般不止包含一种重金属，各重金属元素都潜在相互影响其吸附行为。在大量离子的系统中存在竞争吸附，重金属如Cd、Cu、Pb、锌(Zn)在污染土壤中存在协同作用，能提高整体的污染程度。重金属离子间的竞争行为导致土壤吸附少量的镍(Ni)、Zn、Cd和更多的铬(Cr)、Cu、Pb，同时砷(As)浓度的增加会促进Cr、Cu、Pb的吸附。
污水中存在较高浓度的重金属等污染物元素，即使经过处理后的再生水，其中仍含有一定浓度水平的污染物，长期进行污水灌溉可能会产生一定的土壤环境风险，其中，土壤重金属污染问题最为突出。
关于污水灌溉对土壤重金属影响方面开展了大量的研究。目前很多农业灌溉区具有较长时间的污灌历史，有的甚至达到百年，相比于原来地下水或清洁地表河水灌溉的区域，历史污灌区的重金属环境影响尤其受到人们关注，尤其是目前仍有大面积历史污灌区使用再生水进行灌溉。
随污灌年限的增加，Cd、Cr、Pb等元素总量在土壤中累积有呈线性增加的趋势。10年以上污灌农田表层土壤(0~20cm)中重金属元素要显著高于清水灌溉区，预测再经过5~60年灌溉后，土壤中部分重金属元素含量会超过标准限值。污水处理工艺会显著降低再生水中重金属含量，但是，再生水灌溉农田20年后，耕层土壤部分重金属元素仍会产生明显的富集，并随灌溉年限增加存在向下迁移的趋势。
有学者预测，再生水灌溉50~100年后，土壤中部分重金属元素会达到环境控制限值。污灌区内作物的重金属含量相对于清水灌区有明显提高，长期污灌可能会导致重金属在土壤-植物系统中富集系数的升高，从而过量重金属通过食物链对人体产生健康风险。
