Irinotekan a SN-38 byly mutagenní in vitro v testu chromozomálních aberací na buňkách CHO a také v in vivo testu mikrojader u myší.
Nicméně bylo prokázáno, že postrádají jakýkoliv mutagenní potenciál v Amesově testu. U potkanů léčených jednou týdně po dobu 13 týdnů s maximální dávkou 150 mg/m2 (což je méně než polovina doporučené dávky pro člověka) nebyly hlášeny žádné nádory související s léčbou 91 týdnů po ukončení léčby.
Studie toxicity jednorázové nebo opakované dávky s irinotekanem byly provedeny u myší, potkanů a psů. Hlavní toxické účinky byly pozorovány na hematopoetický a lymfatický systém. U psů byl zaznamenán pozdní průjem spojený s atrofií a fokální nekrózou střevní sliznice. U psů byla současně pozorována alopecie. Závažnost těchto účinků byla závislá na dávce a příznaky byly reverzibilní.
Reprodukce Irinotekan byl teratogenní u potkanů a králíků v dávkách nižších než terapeutická dávka pro člověka. U potkanů prokazovala mláďata s externími abnormalitami narozená léčeným zvířatům pokles fertility. To nebylo pozorováno u morfologicky normálních mláďat. U březích potkanů došlo ke snížení hmotnosti placenty a u mláďat ke snížení životaschopnosti plodu a zvýšení abnormálního chování.