碳青霉烯類抗生素是抗菌譜最廣，抗菌活性最強的非典型β-內酰胺抗生素，因其具有對β-內酰胺酶穩定以及毒性低等特點，已經成為治療嚴重細菌感染最主要的抗菌藥物之一。硫霉素（thienamycin）化學結構屬碳青霉烯類，噻唑環有飽和鏈，1位硫為碳取代，抗菌譜廣，抗菌作用強，毒性低，但穩定性極差，無實用意義，亞胺培南（imipenem，亞胺硫霉素）具有高效、抗菌譜廣、耐酶等特點。在體內易被去氫肽酶水解失活。所用者為本品與肽酶抑制劑西司他丁（cilasTATin）的合劑，稱為泰能（tienam），穩定性好，供靜脈滴注。
碳青霉烯類抗生素是由青霉素結構改造而成的一類新型β-內酰胺類抗生素，問世于20世紀80年代。其結構與青霉素類的青霉環相似，不同之處在于噻唑環上的硫原子為碳所替代，且C2與C3之間存在不飽和雙鍵；另外，其6位羥乙基側鏈為反式構象。研究證明，正是這個構型特殊的基團，使該類化合物與通常青霉烯的順式構象顯著不同，具有超廣譜的、極強的抗菌活性，以及對β-內酰胺酶高度的穩定性。目前常用的有泰能（亞胺培南西司他丁）、美羅培南等。