Sono state riferite gravi e in alcuni casi mortali reazioni di ipersensibilità (anafilattoidi). Tali reazioni si hanno più facilmente in soggetti con anamnesi di ipersensibilità ad allergeni multipli.
Documentata la possibilità di allergia crociata con gravi reazioni con le cefalosporine. Prima di iniziare la terapia con penicillina si consiglia di accertare attentamente l'esistenza o meno di ipersensibilità alle penicilline, alle cefalosporine e ad altri allergeni. In caso di reazione allergica sospendere il trattamento penicillinico ed istituire appropriata terapia.
La penicillina va usata con cautela in individui con dati anamnestici di allergia o asma. Nei trattamenti protratti, specie se con alte dosi, controllare periodicamente la funzione renale ed emopoietica.
La somministrazione endovenosa di dosi superiori a 10 milioni di unità deve essere fatta lentamente onde evitare squilibri elettrolitici a causa del contenuto in potassio della penicillina.
L'uso prolungato di antibiotici può indurre la comparsa di superinfezioni da germi non sensibili, compresi i funghi, che richiedono adeguata terapia. Nelle infezioni stafilococciche è opportuno saggiare la sensibilità del microrganismo. La terapia penicillinica della gonorrea può mascherare una coesistente infezione luetica: è opportuno, in questi casi, effettuare controlli sierologici per almeno 4 mesi.
Tutti i casi di sifilide trattati con penicillina devono essere controllati clinicamente e sierologicamente ogni 6 mesi per almeno 2-3 anni.
La penicillina è una sostanza dotata di scarsa tossicità, ma con potere sensibilizzante piuttosto elevato. Le reazioni di ipersensibilità segnalate includono: eruzioni cutanee maculopapulose; orticaria; reazioni tipo malattia da siero, inclusi brividi, febbre, edema, artralgie, anafilassi occasionalmente con effetti letali. Raramente riscontrate, e per lo più in seguito a somministrazione endovenosa di alti dosaggi: anemia emolitica, leucopenia, trombocitopenia, neuro-e nefropatia.
In caso di comparsa di effetti collaterali, la terapia penicillinica dove essere sospesa. Reazioni di Jarisch-Herxheimer sono state segnalate durante il trattamento della lue.
Nei trattamenti prolungati per via endovenosa (10-100 milioni di unità al giorno) si può avere intossicazione da potassio, particolarmente in presenza di insufficienza renale, occasionalmente con effetti letali. La comparsa di iperriflessia, convulsioni, coma, può essere un indice di questa sindrome.