青霉素临床应用时有可能引起Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型超敏反应。
(1)青霉素过敏性休克为Ⅰ型超敏反应，青霉素降解产物青霉噻唑醛酸和青霉烯酸为半抗原，与人体内蛋白质结合而产生免疫原性，刺激机体产生特异性IgE，当再次使用青霉素时，即可通过靶细胞表面桥联作用而使肥大细胞、嗜碱性粒细胞等脱颗粒，发生过敏性休克。
(2)青霉素过敏性血细胞减少症为Ⅱ型超敏反应，青霉素降解产物能与血细胞膜蛋白或血浆蛋白结合刺激机体产生抗体，可引起药物性溶血性贫血、粒细胞减少症和血小板减少性紫癜。
(3)大剂量青霉素也可引起类似血清病样的反应，为Ⅲ型超敏反应。这是由于患者体内已产生特异抗体，而大剂量药物尚未完全排除，二者结合形成中等大小免疫复合物所致。
(4)青霉素引起的接触性皮炎属Ⅳ型超敏反应，青霉素小分子抗原表位能与表皮细胞角蛋白结合形成完全抗原，从而刺激机体产生小分子抗原表位特异性的效应T细胞，此时机体再次接触相应抗原一般是24小时后即可发生接触性皮炎，48-96小时达高峰。