Ved repeterte injeksjoner eller svært høye dosering kan MDMA føre til hjerneskade i dyr, men det er ikke funnet direkte tegn på hjerneskade hos MDMA-brukere. Det har ikke blitt påvist at MDMA er neurotoksisk på samme måte som for eksempel alkohol.. Ut ifra overdoseringsstudier av dyr spekuleres det i at det dannes reaktive oksygenarter (ROS – ) under nedbrytingen, og at disse kjemiske stoffene kan forårsake celleskader. Det er uklart hvor relevnte disse overdoseringsstudiene er, ettersom at dyrene må få repeterte og store injeksjoner (5–10 mg/kg) før skadelige effekter påvises. Det er 10–20 ganger høyere dosering en ved medisinsk bruk av MDMA på 1–2 milligram per kilogram eller cirka 100 milligram.