腎臓はカドミウムへの慢性曝露の主要な標的臓器である。 カドミウムの腎毒性は、慢性の吸入または摂取に続いて起こる可能性がある。 ヒトの研究から、曝露の強さにもよるが、腎障害の臨床的発症までの潜伏期間は約10年であることが示唆されている。
慢性的なカドミウム曝露は、進行性の尿細管機能障害に関連している。 腎臓の異常の最初の兆候は、2μg/gクレアチニンで起こり、顕微鏡的な尿細管タンパク質尿である。バイオマーカーは、β2-ミクログロブリンとά1-ミクログロブリンである。 尿中カドミウム濃度が4μg/gCrになると、N-アセチル-B-グルコサミニダーゼ（NAG）などの酵素が尿中で上昇し、尿中のアルブミン増加や糸球体濾過量の減少など糸球体障害の徴候が見られるようになる。 カドミウム腎症の末期には、糖尿、カルシウムとリン酸の消耗、カルシウム代謝の変化、骨粗鬆症や骨軟化症の骨格への二次的影響が見られる（Roelsら1999；Jarupら2000）。
カドミウム曝露に関連した微量蛋白尿は必ず進行するわけではなく、曝露終了後もカドミウム誘発性腎症が進行し不可逆的になるレベルは、尿中カドミウム量が>4 ug Cd/g c reatinine、またはB2-微量尿が> 1,000 μg/g creatinineで発生すると考える専門家がいる（池田ら 2005; 小林ら 2006)。 他の専門家は、カドミウムに関連する腎尿細管機能障害は不可逆的であると考えている（Iwata et al.1993）。 カドミウム腎症はカドミウム労働者の死亡率の重要な決定要因である。
腎臓に対する毒性作用は用量に関連している（Mueller et al.1992）。 労働者の場合、臨床的腎症のリスクは、総空気中曝露量が300 mg/m3 を超え、尿中カドミウムレベルが10 μg/g クレアチニン、腎皮質レベルが200 ppmを超えると、著しく増加します（Roels et al.1999）。
腎障害の初期の兆候は、尿レベルが2～4 nmol/mmol クレアチニンで一般人のメンバーに報告されています。
これらの研究は、非常に低レベルのカドミウムでも腎臓に悪影響を与える可能性があることを発見しています。 WHOは現在、腎臓で200μg/gレベルの湿重量が人口の10％に有害な変化を引き起こすとしている（Satoh et al.2002）。 過去に職業的、環境的に被曝した集団を対象としたいくつかの研究では、腎障害の閾値は尿中カドミウム濃度が2-4nmol/mmolクレアチニンで発生するとされている（Buchet et al. 1990）。しかしOSCAR研究では、尿中カドミウム濃度1 nmol/mmolの者は、ά-1ミクログロブリン増加のリスクが3倍あるとされた（Jarup et al.2000）。 しかし、低レベルの環境カドミウム曝露に関連した腎臓バイオマーカーのこれらの初期不顕性変化が、臨床的に懸念されるレベルまで続く腎機能の低下と相関があるかどうかは現時点では不明である（Noonan et al.2002）
カドミウムによる腎障害が発生する「臨界腎濃度」を定めるための多くの作業が行われている。 日本における最近の研究では、カドミウムの生涯耐容量は男女ともに2.0グラムと推定されている（Trzcinka-Ochocka et al.） 臨界腎濃度に達するまでの安全マージンは、喫煙者に見られる体内蓄積量との間で非常に小さい（Satarug and Moore 2004）。 最近の研究では、被ばくした子供が影響を受けやすい集団である可能性も示唆されている（Trzcinka-Ochocka et al.2004）。
中程度の通常の職業レベルでは、アルブミンやトランスフェリンなどの高分子量タンパク質の排泄増加がカドミウムによる糸球体損傷の初期兆候である。 いったん始まった糸球体損傷は不可逆的であると考えられており、損傷の程度は用量依存的である（Jarup 2002）。 糸球体濾過量（GFR）はゆっくりではあるが徐々に低下することから、カドミウムは通常の加齢に伴う腎機能の低下を加速させることが示唆される。 臨床的な尿毒症はまれであるが、ベースラインのGFRと血清クレアチニンが正常なカドミウム作業員において、濾過予備能の低下が証明されることがある。 カドミウム曝露は、糖尿病患者における糸球体障害の発症を促進する可能性もある（Buchet et al.1990）。
十分なカドミウム曝露は、GFRの低下および以下のような慢性腎不全を引き起こす可能性もある。
- アミノ酸尿、
- ブドウ糖尿、
- 高カルシウム尿、
- 高リン尿、
- 多尿、および
- 酸に対する緩衝能低下（Jarup 2002）により示される。
腎臓結石はカドミウムに暴露された集団、特に暴露された労働者に多く見られます。 生涯有病率は18%から44%であり、対照集団では5%未満であった。 結石形成は、おそらくカドミウムによる腎障害により高カルシウム尿症と高リン尿症が引き起こされることに起因するが、その他の要因としては、尿酸尿症、尿中クエン酸の減少、腎尿細管アシドーシスが考えられる
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