Наиболее смертоносное и важное химическое оружие содержит нервно-паралитические вещества, которые влияют на передачу импульсов через нервную систему. Попадание одной капли на кожу или вдыхание в легкие может привести к остановке мозговых центров, контролирующих дыхание, и параличу мышц, включая сердце и диафрагму. Отравление нервно-паралитическими веществами вызывает обильное потоотделение, заполнение бронхов слизью, помутнение зрения, неконтролируемую рвоту и дефекацию, конвульсии и, наконец, паралич и остановку дыхания. Смерть наступает в результате асфиксии, как правило, в течение нескольких минут после попадания в дыхательные пути или в течение нескольких часов, если нервно-паралитическое вещество попало на кожу в жидком виде. Для защиты от нервно-паралитических веществ требуется герметичный противогаз и специальная защитная одежда.
В середине 1930-х годов химики немецкой химической корпорации IG Farben разработали первое фосфорорганическое соединение с чрезвычайно высокой токсичностью, которое стало нервно-паралитическим веществом, известным как табун (GA). Для немецкой армии во время Второй мировой войны было произведено 12 000 тонн, но оно так и не было использовано. Другое нервно-паралитическое вещество, зарин (GB), было впервые произведено в 1938 году, а третье, зоман (GD), появилось в 1944 году; оба они также были изобретены в Германии. Эти три немецких нервно-паралитических вещества — серия G (по американской номенклатуре) — были в больших количествах изъяты союзниками в конце Второй мировой войны. После войны Соединенные Штаты, Советский Союз и ряд других государств также производили эти и другие нервно-паралитические вещества в качестве оружия.
VX, самое известное из так называемой V-серии стойких нервно-паралитических веществ (а также самое смертоносное из известных нервно-паралитических веществ; V — это яд), было разработано химиками на британском государственном предприятии в 1952 году. В 1956 году Великобритания отказалась от всех видов химического и биологического оружия, но обменяла информацию о производстве VX с Соединенными Штатами в обмен на техническую информацию о производстве термоядерных бомб. В 1961 году Соединенные Штаты начали крупномасштабное производство VX. Единственными странами, которые, как считается, создали арсеналы VX, были Советский Союз, Франция и Сирия. После подписания КХО в 1993 году США и Россия начали ликвидацию своих запасов химического оружия с целью завершить этот процесс к 2012 году; в настоящее время ни одна из стран не проводит подготовку своих войск с использованием такого оружия.
Для защиты от нервно-паралитических веществ требуется плотная маска и эффективная защитная одежда.