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Le thiaméthoxame est très persistant dans les sols en condition aérobie (demi-vie de 91 jours) et modérément persistant en condition anaérobie (demi-vie de 50 jours). Il est faiblement persistant dans l’eau en condition aérobie (demi-vie de 9,7 à 24 jours) et en condition anaérobie (demi-vie de 15,9 à 28 jours). Cet insecticide  est stable à l’hydrolyse à pH 5.  L’hydrolyse est lente à pH 7 (demi-vie de 559 à 939 jours), mais rapide à pH 9 (demi-vie de 4,1 à 8 jours). La photolyse au sol n’est pas très importante (demi-vie de 79 à 97 jours), mais il se dégrade rapidement par photolyse dans l’eau (demi-vie de 0,76 à 7,8 jours). 

Les principaux produits issus de la dégradation microbienne du thiaméthoxame dans le sol sont la 1-(2-chlorothiazol -5-ylméthyl)-3-méthyl-N-nitroguanidine [CGA 322704 (clothianidine)] et la 3-(2-chlorothiazol -5-ylméthyl)-5-méthyl[1,3,5]oxadiazinan-4-one (CGA 355190), ces deux produits pouvant également persister dans le sol. 

Les principaux produits formés par la décomposition du thiaméthoxame dans l’eau à un pH élevé (conditions alcalines) comprennent le CGA 355190 et la 1-(2-chlorothiazol -5- ylméthyl)-3-nitrourée (NOA 404617), qui se décomposent en 2-chlorothiazoly -5-lméthylamine (CGA 309335). Les principaux produits de dégradation que sont la 3- méthyl[1,3,5]oxadiazinan -4-ylidèneamine (CGA 353042) et le sulfure de carbonyle sont formés en présence de la lumière solaire. En présence de microbes, le thiaméthoxame se décompose en 3-(2-chlorothiazol -5-ylméthyl)-5-méthyl[1,3,5]oxadiazinan -4- ylidèneamine (NOA 407475), que l’on trouve principalement dans les sédiments.