過量投与により、主として中枢神経系と心血管系に様々な症状が現れる。これは症状が多彩なため、アレルギー反応と間違われやすい。近年は用語が多義的で誤解を招きやすい中毒よりも局所麻酔薬の全身毒性（）と表記されることが増えてきている。
中枢神経系.
局所麻酔薬の組織内濃度に応じて、中枢神経系に興奮性または抑制性の作用が生じることがある。
全身毒性の初期症状には、耳鳴り、口の中の金属味、口のしびれまたは麻痺、めまいおよび/または見当識障害がある。
高濃度では、抑制性ニューロンの比較的選択的な抑制により脳が興奮し、末梢の運動痙攣に続いてを起こすなど、より高度な症状を引き起こすことがある。ブピバカイン、特にとの併用で発作が起こりやすいと報告されている。
さらに高濃度では脳機能の深部抑制が起こり、昏睡、呼吸停止、死亡に至ることがある。このような組織濃度は、高用量の静脈内注入によるものである可能性がある。
心血管系.
心臓毒性は、薬剤の血管への不適切な注入により生じることがある。適切な投与を行っても、患者の予見できない解剖学的特異性により、投与部位から体内に薬剤が拡散することは避けられない。このため、神経系に影響を及ぼしたり、薬剤が全身循環に移行することがある。しかし、感染が伝播することは非常にまれである。
局所麻酔薬の血管内注射の過量投与に伴う心臓毒性は、低血圧、房室伝導遅延、、および最終的な心血管系虚脱によって特徴づけられる。すべての局所麻酔薬は心筋の不応期を短縮する可能性があるが、ブピバカインは心筋のナトリウムチャネルを遮断するため、致死的不整脈を誘発する可能性が最も高い。心血管系の副作用を改善するために開発されたレボブピバカインとロピバカイン（単一光学異性体誘導体）でさえ、心機能を破綻させる可能性を持つ。麻酔薬の組み合わせによる毒性は相加的である。
内分泌系.
内分泌系と代謝系にはわずかな副作用しかなく、ほとんどの場合、臨床的な反応はない。
下記の治療法が提唱されている。
免疫学的アレルギー（アナフィラキシー）.
メトヘモグロビン血症.
世代間の影響.