由于氟化物主要存在于骨骼中，因此骨骼是科学家寻找氟化物印记的最佳组织。很多以骨质疏松症（osteoporosis）患者为对象的研究显示，高剂量氟化物能刺激造骨细胞（osteoblast cell）增殖，对于老年患者同样如此。其中的确切机制还不明晰，不过科学家推测，氟化物能通过提高酪氨酸磷酸化蛋白质（参与了向造骨细胞传递生化信号的过程）的浓度，从而产生上述效应。虽然氟化物可能增加骨容量，骨强度却明显降低了。流行病学研究与动物试验显示，长期摄入高剂量氟化物会让人们更易骨折，尤其是老年人和糖尿病患者。对于“氟化物危险论”，科学界尚存争议。即便如此，NRC专家组的12名成员中，有9人都认为，如果人们一生都在饮用氟含量超过4 毫克/升的水，发生骨折的几率肯定高于健康人群。他们还指出，低浓度的氟化物也可能增加骨折几率，只是目前没有足够的证据可以证明这一点。

　　    当参与试验的儿童进入青春期后，利维希望通过分析他们的脊柱、髋部及全身骨骼强度，揭示氟化物摄入量和骨骼健康之间的联系。2007年，他收集到一些初始数据，然而根据受试者在幼儿期摄入的氟化物量，利维并未发现在这些11岁儿童的骨骼中，矿物含量有什么差别。不过他坚持认为，矿物含量的差别可能会随着年龄增大逐渐显现。

　　    关于氟化物的更大争议是，发生在骨骼和牙齿上的生化反应，是否意味着氟化物还会影响其他器官的功能，引发更多疾病。目前，争论的焦点是骨肉瘤（osteosarcoma）——骨骼肿瘤中最常见的类型，在儿童中的发病率居所有儿童肿瘤的第6位。由于氟化物会促进造骨细胞的增殖，一些科学家因此认为，正是造骨细胞的大肆增殖才导致了恶性肿瘤。1990年，美国政府发起的毒理学计划（National Toxicology Program）中的一项研究显示，雄鼠饮用了一系列氟化物浓度不同的水后（所有试验用水中的氟化物含量，均高于正常饮用水中的含量），骨肉瘤发病率与氟化物浓度呈正比关系，即患病率随着剂量的升高而升高。但除了这项研究，很多动物试验以及人群流行病学研究得到的结果，都没有体现出如此明确的关联性。

　　     最近一次有关氟化物与骨肉瘤关系争论的主角，是哈佛大学牙医学院的一对师生。伊莉斯·贝辛（Elise B. Bassin）是该学院的一名年轻研究人员，她分析了103位曾接触过氟化物的骨肉瘤患者与215名健康对照者的生活习惯后，认为氟化物是男孩患骨肉瘤的重要风险因子（对女孩是否也有这样的影响尚不明确）。2006年，贝辛在《癌症病因与控制》杂志（Cancer Causes and Control）上发表了她的研究报告。在同期杂志上，贝辛的导师切斯特·道格拉斯（Chester Douglass）也写了一篇评论文章，提醒读者要“特别注意”：贝辛并未发表更具说服力的数据，而这些数据与已发表数据相矛盾。很快，道格拉斯的文章就激起了氟化水反对人士和环保组织的愤怒，他们公开支持贝辛的研究结果，并要求哈佛大学调查道格拉斯——不仅因为他对贝辛的工作作出了错误评价，还因为他是高露洁公司赞助的一本牙医时事通讯的主编，有维护自身利益的嫌疑。

　　    2006年年底，哈佛大学结束了调查，得出的结论称，道格拉斯并没有不正当行为。

　　    在氟化物引发的众多争论中，最为激烈的可能要算氟化物是否具有神经毒性。上世纪90年代初，美国波士顿福塞斯研究所的菲利斯·缪伦尼克斯（Phyllis Mullenix）发表报告称，在小鼠身上进行的试验显示，氟化钠会在脑组织中聚集，从而影响动物的行为。缪伦尼克斯在试验中发现，如果在出生前就接触了大量氟化物（通过母鼠），幼鼠出生后会表现得极度活跃（尤其是雄鼠）；相反，假如是在出生后接触氟化物，小鼠会变得懒散（主要是雌鼠）。这篇报告刚在《神经毒理学与畸形学》杂志发表，就引发了激烈的讨论。很多科学家认为，缪伦尼克斯的研究方法有缺陷，她使用的氟化物剂量远高于正常水平。但是，在中国开展的一系列流行病学研究，却支持了缪伦尼克斯的发现：接触高剂量的氟化物会降低人类的智力水平。他们在研究中发现，氟化铝在人体内形成后，由于它与磷酸盐的结构类似，会影响大脑内多种酶的活性。其他研究也显示，氟硅酸盐（silicofluoride）会加强大脑对铅的吸收。

　　    内分泌系统也会受到氟化物的影响。NRC专家组认为，氟化物会改变内分泌功能，尤其是甲状腺（分泌调节生长与代谢的激素）。科学家并不清楚氟化物如何影响甲状腺，而且这种影响还与饮食、遗传因素有很大的关系。美国堪萨斯大学医学中心药理学与毒理学名誉教授、NRC委员会主席约翰·道尔（John Doull）说：“甲状腺出现的变化的确困扰着科学家，我们必须要弄清楚这是怎么回事。”