高副交感神经的紧张度，故容易引起咳嗽、喉及支气管痉挛。对心肌和血管运动中枢皆有抑制作用，并能降低周边血管阻力，有明显降低颅内压和眼内压的作用。该药能提高心肌对肾上腺素的敏感性，从而产生心律失常。一剂量的硫喷妥钠（通常4-6毫克/公斤）用于手术分娩（剖宫产）时可迅速使孕妇昏迷，但在子宫中的婴儿仍然是有意识的。然而，更大的剂量或是重覆的注射可通过胎盘进入胎儿血液循环，抑制新生儿的唿吸。长时间大剂量应用对肝肾功能有抑制作用。硫喷妥钠可抑制贲门括约肌，引起反流和误吸，并能影响胃肠道肌张力和胃液分泌。硫喷妥钠