Die Länge der Kohlenstoffkette der PFAS bestimmt wesentlich ihr Verhalten in der Umwelt. Langkettige PFAS sind persistent und reichern sich besonders in Organismen an. Das bedeutet, dass die Konzentration dieser Stoffe in Lebewesen im Laufe der Zeit zunimmt, da sie schneller aufgenommen als abgebaut oder ausgeschieden werden.
PFAS mit kürzeren Kohlenstoffketten können sich besser in Wasser lösen, über den Wasserkreislauf global verteilen und so auch Trinkwasser-Ressourcen erreichen. Flüchtige PFAS-Verbindungen und an Partikel adsorbierte PFAS können über die Atmosphäre über lange Strecken transportiert werden und auch in abgelegene Gebiete wie Arktis und Antarktis gelangen.
PFAS können bereits während ihrer Herstellung oder der Herstellung PFAS-haltiger Produkte in die Umwelt gelangen. Ebenso können sie beim Gebrauch oder der Entsorgung dieser Produkte freigesetzt werden: Beispielsweise ist der Eintrag PFAS-haltiger Pestizide in die Umwelt besonders flächenhaft aufgrund des flächenintensiven Charakters der Landwirtschaft. Auch bewirkt der Einsatz von fluorhaltigen Feuerlöschschäumen erhöhte Konzentrationen in der Umwelt. Der Abbau aus teilfluorierten Kältemitteln führt ebenso zu einer weiten atmosphärischen Verteilung von PFAS. Über Niederschlagsereignisse gelangen PFAS wieder in Boden und Oberflächengewässer.
PFAS können in Kläranlagen nicht vollständig abgebaut werden. Vielmehr entstehen in Kläranlagen durch verschiedene Umwandlungsprozesse aus den abbaubaren Vorläuferverbindungen (polyfluorierte Alkylsubstanzen) weitere perfluorierte Alkylsubstanzen.
Teilweise reichern sich PFAS in der Kläranlage im Klärschlamm an. Wird dieser Klärschlamm als Bodenverbesserer in der Landwirtschaft genutzt, können die Chemikalien über die Zeit ins Grundwasser versickern. Zudem können Pflanzen PFAS aus dem verunreinigten Boden aufnehmen.
Der Mensch nimmt PFAS hauptsächlich über die Nahrung oder über verunreinigtes Trinkwasser auf. Auch erhöhte Konzentrationen von PFAS in der Innenraumluft, beispielsweise durch Teppiche mit schmutzabweisender Ausrüstung, tragen zur PFAS-Belastung des Menschen bei.