①血液系統。再生障礙性貧血是最嚴重的一種，多在用藥后2～8周發生，死亡率超過50%。表現為不可逆地全部血細胞減少，多因出血、感染等因素死亡。其發生與用藥劑量無固定關系，發病機理尚不清，可能與遺傳有關。另一種為中毒性骨髓抑制，臨床表現貧血或伴有白細胞、血小板減少。其發生與用藥劑量密切有關，當血藥濃度超過 25μg/ml時容易產生此并發癥，但停藥后可恢復。其發病機理是骨髓細胞線粒體合成蛋白質的功能受到暫時抑制。
②灰嬰綜合征。早產兒及新生兒接受大劑量氯霉素后引起的一種全身循環衰竭,表現腹脹、嘔吐、皮膚蒼白、紫紺、循環及呼吸障礙，常在發病數小時后死亡。其發病機理是早產兒或新生兒的肝臟葡萄糖醛酸的結合能力不足和腎小球濾過氯霉素的能力低下，使體內的游離氯霉素濃度顯著增高，直接抑制細胞線粒體的氧化磷酸化過程。
③消化系統。常有輕微惡心、嘔吐、腹瀉、納差等。
④神經系統。少數病人可出現視神經炎或伴有周圍神經炎。極少病人有頭痛、抑郁、精神障礙。