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环境表观遗传学旨在研究环境因素通过表观遗传机制对于人类健康的影响。表观遗传机制在正常发育和分化中至关重要，因此环境因素诱发表观遗传机制的改变可能会导致疾病。实验研究和流行病学调查结果都表明一些环境因素暴露与某些表观遗传异常改变有关，进而影响机体某些调节机制或导致机体稳态失衡。由于表观遗传状态可能被逆转，这些基因与环境的相互作用可以通过基因组的表观遗传修饰来整合。环境因素也可以改变疾病易感性：孕妇产前和婴幼儿出生后早期阶段，环境暴露能够造成表观遗传修饰改变，导致成年后患某种疾病的风险明显增加，如癌症、糖尿病、肥胖、心血管疾病和精神分裂症等。表观基因组的改变，以及随后的基因表达差异，可能直接受到营养、行为、生物化学物质和外源性刺激（如放射剂量）的影响。表观遗传的改变是长期微小的、潜在的积累，而且可能会随着时间的推移而发生改变，如果想在环境因素、表观遗传改变及疾病之间建立相应的因果关系，还需要进一步深入研究分析。现有研究显示能够导致人类表观遗传改变的环境应激可分为以下几类。
营养是研究得最多的环境表观遗传因素之一。营养表观遗传学是营养基因组学的一个分支学科，描述饮食如何影响表观基因组。饮食中含有多种生物活性分子，包括微量营养素，例如维生素D，或大量营养素，例如脂肪酸和胆固醇。研究表明，营养化合物可以充当转录因子的直接配体、转录因子调节剂和信号转导级联反应的激活剂等多种方式影响基因的表达。饮食可能是调节表观遗传的外部刺激的最好例子。在不引起营养不良的情况下，限制营养摄入可以延长许多生物体的寿命，延缓衰老。一些饮食的代谢物对组织和细胞都很重要，可以影响大多数染色质修饰物的活性。代谢物引起的表观基因组改变涉及多种机制。α-酮戊二酸是DNA和组蛋白去甲基化所需要的代谢产物，延胡索酸能抑制DNA和组蛋白的去甲基化。结构上类似于α-酮戊二酸的代谢物，如琥珀酸盐和延胡索酸盐，可以阻断α-酮戊二酸结合位点抑制TETs或KDMs。在缺乏琥珀酸脱氢酶（succinate dehydrogenase）和延胡索酸水合酶（fumarate hydratase）的肿瘤环境中，琥珀酸盐和延胡索酸盐的积累也可以导致高DNA和组蛋白甲基化。如果饮食中缺乏甲基化的甲基供体-SAM叶酸和甲硫氨酸，就会引起DNA低甲基化和胰岛素样生长因子Ⅱ（insulinlike growth factorⅡ，IGF-Ⅱ）的异常印记。亚甲基四氢叶酸还原酶（methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR）是利用叶酸将高半胱氨酸重新甲基化为甲硫氨酸的关键。MTHFR基因第677位碱基的C→T突变降低了DNA甲基化水平，与神经管缺陷、脊柱裂和结直肠癌等疾病的发病机制相关。高半胱氨酸水平与低浓度的叶酸、维生素B 6 和维生素B 12 、胆碱和甜菜碱有关，可能会导致早产、低体重和神经管缺陷的风险增加等。此外，饮食中叶酸或甲硫氨酸的摄入量低会增加结肠腺瘤的风险，而在子宫内暴露于较高的叶酸会降低儿童急性淋巴细胞白血病、脑瘤和神经母细胞瘤的风险。叶酸和维生素B 12 依赖的甲硫氨酸合成酶缺乏与巨幼红细胞贫血、溶血性尿毒症综合征和肺动脉高压之间也存在关联。
跨代表观遗传，即生物通过表观遗传机制将信息从一代传递到下一代，可以通过饮食来调节。许多研究发现孕妇产前营养不良与胎儿出生后健康和患病风险有关。人类中最突出的例子是在荷兰饥荒（1944—1945年）冬季，孕期妇女因为长期遭受饥荒，孕育的后代体型较小，成年后出现葡萄糖不耐症的风险增加；研究表明，在60年后进行分析时，这些个体在IGF-ⅡDMR处显示甲基化不足。因为生命早期的营养会引起DNA甲基化的长期变化，通过表观遗传调控酶（例如DNMT、HDAC和HAT）或改变这些酶促反应所必需的底物，影响整个生命中的个体健康和与年龄相关的疾病。胎儿出生前或出生后缺乏甲基供体叶酸或胆碱的饮食可能会导致部分基因组的永久性低甲基化。在成年人中，缺乏甲基的饮食也可能会减少DNA甲基化，但当将甲基重新加入饮食中时，这种变化是可逆的。此外，根据怀孕小鼠接受的膳食补充剂的不同，由于DNA甲基化的差异，后代可能会有不同的表型。越来越多的流行病学证据表明，营养不仅与人的正常发育有关，也与许多类型的癌症相关。叶酸和维生素B 12 是表观遗传的活性成分，在DNA新陈代谢和维持DNA甲基化模式中发挥重要作用。 p16 抑癌基因经常被启动子的DNA甲基化沉默，体内研究发现叶酸摄入量与 p16 抑癌基因的表达呈正相关。叶酸摄入量低或低甲基化与增加结直肠癌和胰腺癌的风险相关。叶酸可以通过改变表观遗传发挥抗癌的作用，因为叶酸的缺乏可能会降低DNA的甲基化，而异常的DNA甲基化又与许多类型的癌症有关。日常生活中多食用富含有天然抗氧化剂的水果和蔬菜可以起到预防癌症的作用。由上可得，营养可以通过表观遗传的变化影响人的发育和健康。
饮食中的脂肪成分会影响脂肪细胞中的DNA甲基化，这是代谢综合征和相关疾病与表观遗传变化有关的多种迹象之一。近四十年来，中国肥胖患病率迅速攀升。最新的全国统计数据（2015—2019）显示，根据中国标准，16.4%的中国成人（≥18岁）存在肥胖（BMI为28.0kg/m 2 或更高）、34.3%存在超重（24.0~27.9kg/m 2 ）。专家指出，超重与肥胖人数庞大，与饮食量、饮食结构不合理和运动缺乏有关。
肥胖的发生主要是因为个体摄取的热量高于身体消耗的热量。造成热量摄取及消耗不平衡的原因是错综复杂的，诸如先天性遗传、神经系统、内分泌代谢、营养状态、心理因素、运动、生活及社会环境等多种因素。其中人们的饮食习惯及饮食质量都对肥胖有一定的影响。如喜爱进食大量甜食，大量进食油脂、高热量饮食，嗜好零食以及经常大量饮用啤酒等，往往容易引起肥胖。肥胖不仅会影响美观，更重要的是还会诱发多种严重疾病，例如，糖尿病、心血管疾病和不孕症等。研究显示，每100名成人中有11人患糖尿病，而肥胖者糖尿病患病率比体重正常者高4倍，重度肥胖者糖尿病患病率比体重正常者高30倍，这表明肥胖与糖尿病的发病率有明显的关系。40岁以上2型糖尿病患者中，超重10%者占2/3。2型糖尿病发病的早期，可以通过改变个人饮食和加强体育锻炼来有效控制和逆转这种疾病。在未来几年内，城市化和经济发展变化特别迅速的国家中出生和生活的人口罹患代谢综合征的风险会增加。这表明在肥胖症流行及其相关的代谢异常中起作用的是表观遗传机制而不是基因组的遗传变异。
环境污染物是影响环境表观遗传的另一个重要因素，其包括金属（砷、镉、铅、镍和铬等）、空气污染颗粒物、有机化合物、杀虫剂和其他扰乱内分泌的化学物质。环境中存在一类污染物，可通过表观遗传机制对暴露人群产生深远影响，这类污染物又称表观遗传毒物。表观遗传毒物可以导致人类基因启动子区DNA甲基化水平或组蛋白乙酰化/甲基化等化学修饰改变，但不引起基因突变等编码损伤。内分泌干扰物（endocrine disrupting chemicals，EDCs）是一类干扰激素信号通路的环境化学物质，可能存在于塑料瓶和金属食品罐（双酚A）、医疗设备（邻苯二甲酸盐）、清洁剂、阻燃剂（多溴联苯醚）、食品（双酚A）、玩具（邻苯二甲酸盐）、化妆品、药物（对羟基苯甲酸酯）和杀虫剂（烷基酚，例如壬基酚）等物质中。人类和动物经常会接触到各种各样的EDCs，与人类许多内分泌相关疾病的高发病率和患病率有关。越来越多的证据表明，在生命早期，特别是在胎儿发育期间接触EDCs会导致多种疾病。大量证据表明，细胞暴露于EDCs会导致表观遗传的改变。EDCs可以通过核激素受体（例如雌激素和雄激素受体）或miRNA，影响表观遗传酶的表达，例如DNMT、HAT和HDAC。EDCs也可以通过改变DNA甲基化或组蛋白甲基化模式来影响靶组织中细胞的表观遗传，从而影响整体基因表达和转录。除此之外，EDCs还可以模仿天然激素引起内分泌失调，导致胎儿、儿童和成人的发育和生殖疾病以及肿瘤的发生。因此，大多数与年龄相关的疾病是由于长期暴露于环境中的表观遗传毒物，导致许多器官的表观基因组改变的结果。
不健康的生活习惯也可以调节表观基因组，并与疾病风险相关。虽然吸烟和饮酒主要通过诱发机体突变导致疾病，但两者也可以通过表观遗传发挥效应。烟草暴露可改变与细胞稳态和年龄相关疾病发展的相关基因的甲基化状态，导致特定基因位点的H4K16Ac降低和H3K27me3升高。接触尼古丁和其他毒素会导致各个器官发生显著的表观遗传变化，从而解释了吸烟为什么是多种癌症的主要原因，以及如何导致呼吸系统疾病和自身免疫性疾病。通过对怀孕期间孕妇吸烟对婴儿健康、神经发育、行为和认知功能影响调查发现：孕妇吸烟不仅可能会引起婴儿口腔黏膜细胞的表观遗传修饰，也可能与免疫系统失调有关的呼吸系统疾病，如哮喘和过敏，以及子代生命后期的癌症有关。此外，酒精可以通过抑制甲硫氨酸合成酶途径，抑制甲基的利用性，此过程可能与LINE序列的低甲基化有关。动物实验研究证明，早期胚胎暴露于酒精会产生异常的表观遗传修饰，影响其生长、新陈代谢和神经发育等。表观遗传环境中的这些干扰可能会导致某些记忆和学习过程的缺陷，以及畸形和发育异常的胎儿。生活压力则是神经和代谢疾病的一个危险因素，并与表观遗传建立了联系。一些生活压力因素会导致CpG甲基化的改变，影响特定的基因，如糖皮质激素受体。糖皮质激素受体作为一种转录因子，可以自动调节自身的CpG岛启动子。糖皮质激素可以发挥两种互补作用来降低CpG甲基化：降低神经元中DNMT1的表达；上调DNA去甲基化酶TET家族的表达。这些由生活方式引起的表观遗传变化都与慢性炎症有关，这进一步增加了自身免疫性疾病和癌症的风险。
除了以上提到营养、环境污染和不健康的生活习惯，也存在其他因素影响表观遗传。例如，行为因素，母亲爱抚行为是影响幼鼠海马糖皮质激素受体甲基化状态的重要环境因素；生殖因素，如辅助生殖技术作为表观基因组的环境调节剂，与贝-维综合征（Beckwith-Wiedemann syndrome）和快乐木偶综合征（Angelman syndrome）中提到的低甲基化相关。对基因突变个体的研究是理解环境表观基因组相互作用的一种很好的方法。另外，人类单卵双胞胎的表观基因组也会因环境因素的不同而发生变化。综上所述，环境表观遗传因素作为人类疾病病因学中的关键角色的参与已被广泛接受，表观遗传因素可能介导遗传和环境因素之间的相互作用。