Cet accident industriel est dû à la surchauffe d'un réacteur fabricant du 2,4,5- trichlorophénol qui a libéré un nuage toxique contenant plusieurs produits mal identifiés sur le moment. On a d'abord pensé qu'il s'agissait seulement de 1,2,4,5-tétrachlorobenzène et de polyéthylène glycol, les réactifs de départ. C'est seulement au bout de quatre jours, quand apparurent les premiers cas de chloracné, que les laboratoires Hoffmann-Laroche identifièrent l'agent responsable, le 2,3,7,8-TCDD, produit plus connu sous le nom de dioxine de Seveso, dont 1 à 5 kg ont été dispersés. L'usine Icmesa, située à Meda, commune limitrophe de Seveso appartient à la société Givaudan.
À l'époque, la toxicité de la dioxine pâtit d'une absence quasi complète de données scientifiques. On sait en revanche que l'une des substances libérée est composante des défoliants utilisés au Viêt Nam par l'armée américaine (L'Agent orange). La question de dangers éventuels pour la santé est rapidement posée.
Peu après l'accident, les feuilles des arbres jaunissent et les animaux familiers meurent par dizaines. Il n'en faut pas plus pour faire basculer Seveso de « catastrophe environnementale » à « la plus grande catastrophe depuis Hiroshima ».
Le bilan exact sera connu sept ans plus tard, au moment de l'ouverture du procès des responsables des différentes sociétés incriminées. 193 personnes, soit 0,6 % des habitants de la zone concernée, ont été atteintes de chloracné, essentiellement des enfants. Aucune n'est décédée, un petit nombre seulement a gardé des séquelles. Parallèlement, la moyenne des cancers et des malformations fœtales n'a pas augmenté de manière significative. La seule victime indirecte fut le directeur de l'usine qui a été assassiné par les Brigades rouges.
En revanche, sur le plan écologique, la catastrophe est tangible : outre les 3 300 animaux domestiques morts intoxiqués, il faut abattre près de 70 000 têtes de bétail. Par ailleurs, les sols agricoles et les maisons nécessiteront de lourds travaux de décontamination.
Cet accident, qui a donné son nom depuis à tous les sites de production classés à risques en Europe (1 249 rien qu'en France), a étalé au grand jour les dangers des activités industrielles chimiques, notamment en milieu urbain. En 2001, l'usine AZF classée seveso a explosé à Toulouse.