Am 13. April 2016 gab Pöltl bekannt, sein Junior-Jahr nicht antreten und sich für die NBA Draft anmelden zu wollen. Am 23. Juni 2016 wurde Pöltl bei der Draft an neunter Stelle von den Toronto Raptors ausgewählt und wechselte somit als erster Österreicher in die NBA. Nach erfolgreicher Vorbereitungsphase feierte er am 26. Oktober 2016 sein Debüt in einem NBA-Spiel, wobei ihm gleich ein Dunk gelang. Nach insgesamt zahlreichen Kurzeinsätzen Pöltls schlossen die Raptors die Regular Season auf dem zweiten Platz der Atlantic Division ab und setzten sich in der ersten Playoff-Runde gegen die Milwaukee Bucks mit 4:2 durch. Im Semifinale der Eastern Conference unterlag die Mannschaft aus Toronto dem amtierenden NBA-Champion Cleveland Cavaliers glatt mit 0:4. In seiner ersten NBA-Season hatte Pöltl insgesamt 54 Einsätze mit 626 Minuten Spielzeit. Sein Vertrag bei den Toronto Raptors lief garantiert bis zur &lt;a href="NBA%202018/19"&gt;Saison 2018/19&lt;/a&gt; mit zwei Team-Optionen bis Juli 2019 bzw. 2020 und danach einem Qualifying Offer zur Free Agency nach 2020/21. Im Juli 2018 wurde sein Vertrag zusammen mit DeMar DeRozan und einem Erstrunden-Pick in der NBA-Draft 2019 für Kawhi Leonard und Danny Green zu den San Antonio Spurs getauscht.