由于所選擇路徑不同，深靜脈穿刺的并發癥種類與概率亦不盡相同。常見的并發癥有出血與血腫、感染、血管損傷、血氣胸、血栓與栓塞。
1.出血與血腫 由于穿刺方法不當、反復多次穿刺，導致血管分支或周圍組織毛細血管損傷，誤穿周圍的動脈特別是損傷不易壓迫止血的動脈，或患者存在凝血功能障礙，會導致局部出血或血腫，頸部的血腫還會壓迫氣管和神經。預防的關鍵在于正確、規范的操作方法，力爭一次穿刺成功，避免多次、反復穿刺。股靜脈穿刺發生的出血和血腫可以壓迫，而嚴重的頸部血腫則須外科切開引流。
2.感染 可以表現為穿刺部位的紅、腫、熱、痛，嚴重時會出現敗血癥。預防在于操作過程中嚴格的無菌操作。
3.血管損傷
（1）血管破裂：不同部位的血管破裂可分別引起胸腔、腹腔及盆腔積血，嚴重時須靜脈補液及輸血。發生原因可能有血管腔過于細小、血容量不足、操作手法粗暴等。預防措施包括術前對血容量認真評估，仔細辨認穿刺針尾部血流速度及顏色，必要時X線透視下證實導絲在靜脈系統內，再置入鞘管。
（2）動靜脈瘺：見動脈穿刺并發癥。
4.血栓及栓塞 當患者存在高凝狀態、靜脈壓高、臥床時間過長等情況時均易導致深靜脈血栓形形形成，肺栓塞發生率明顯增高，應注意預防。血管超聲多普勒檢查可以明確深靜脈血栓形形形成的診斷。高危患者可以預防性應用抗凝藥物。深靜脈血栓形形形成應積極抗凝治療，出現肺栓塞時應視病情給予相應緊急治療。