Ve studiích toxicity na zvířatech byly pozorovány malé přechodné změny sérových hladin ALT, glukosy, fosforu a triglyceridů. Příznaky toxicity u zvířat byly zvýšené slinění, gastrointestinální příznaky, řídká stolice a dysbalance elektrolytů. Tyto příznaky se projevily v dávkách odpovídajících > 17násobku systémové expozice u klinických dávek. U opic se nežádoucí účinky objevily po dávkách od 150 mg/kg/den (> 232násobek systémové expozice u klinických dávek). Ve studiích na zvířatech montelukast neovlivňoval fertilitu nebo reprodukci při systémové expozici převyšující klinickou systémovou expozici > 24krát. Ve fertilitní studii na samicích potkanů byl při dávce 200 mg/kg/den (> 69násobek klinické systémové expozice) pozorován mírný pokles tělesné hmotnosti mláďat. Ve studii na králících byl v porovnání s kontrolní skupinou zvířat pozorován vyšší výskyt nekompletní osifikace při systémové expozici > 24krát vyšší než systémová expozice při klinické dávce. U potkanů nebyly abnormality pozorovány. Montelukast překračuje placentární bariéru a vylučuje se u zvířat do mateřského mléka. Po jednorázovém perorálním podání natrium- montelukastu myším a potkanům v dávce až 5 000 mg/kg (15 000 mg/ m2 u myší a 30 000 mg/m2 u potkanů), což byla nejvyšší zkoušená dávka, nebylo pozorováno žádné úmrtí. Tato dávka odpovídá 25 000násobku doporučené denní dávky u člověka (při hmotnosti dospělého pacienta 50 kg). Montelukast nebyl fototoxický u myší po expozici UVA, UVB nebo viditelného světla v dávkách až 500 mg/kg/den (přibližně > 200násobek systémové expozice). U hlodavců nebyl montelukast ani mutagenní v in vitro a in vivo testech, ani tumorigenní.