1．對造血系統的毒性反應是氯霉素最嚴重的不良反應。有兩種不同表現形式。
(1)與劑量有關的可逆性骨髓抑制，常見于血藥濃度超過25mg/L的患者，臨床表現為貧血，并可伴白細胞和血小板減少。
(2)與劑量無關的骨髓毒性反應，常表現為嚴重的、不可逆性再生障礙性貧血，發生再生障礙性貧血者可有數周至數月的潛伏期，不易早期發現，其臨床表現有血小板減少引起的出血傾向，如瘀點、瘀斑和鼻衄等，以及由粒細胞減少所致感染征象，如高熱、咽痛、黃疸等。絕大多數再生障礙性貧血于口服氯霉素后發生。
2．溶血性貧血，可發生在某些先天性葡萄糖-6-磷酸脫氫酶不足的患者。
3．灰嬰綜合征，典型的病例發生在出生后48小時內即投予高劑量的氯霉素，治療持續3～4日后可發生灰嬰綜合征，血藥濃度可高達40～200mg/L。臨床表現為腹脹、嘔吐、進行性蒼白、紫紺、微循環障礙，體溫不升、呼吸不規則。常發生在早產兒或新生兒應用大劑量氯霉素(按體重一日超過25mg/kg)時，類似表現亦可發生在成人或較大兒童應用更大劑量(按體重一日約100mg/kg)時。及早停藥，尚可完全恢復。
4．用本品長程治療可誘發出血傾向，可能與骨髓抑制、腸道菌群減少致維生素K合成受阻、凝血酶原時間延長等均有關。
5．周圍神經炎和視神經炎，常在長程治療時發生，及早停藥，常屬可逆，也有發生視神經萎縮而致盲者。
6．消化道反應，可有腹瀉、惡心、嘔吐等。
7．過敏反應較少見。可致各種皮疹、日光性皮炎、血管神經性水腫。一般較輕，停藥后可迅速好轉。
8．二重感染，可致變形桿菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌、真菌等的肺、胃腸道及尿路感染。