Несмотря на его эффективное применение в качестве болеутоляющего, синтетический фентанил имеет несколько сильных побочных эффектов, напоминающих эффекты его природных родственников, героина и морфина. Фентанил вызывает привыкание, а его симптомы абстиненции даже хуже чем у героина.

Как и его двоюродные братья, фентанил затрагивает часть мозга, которая контролирует дыхание.  Врачи используют его в хирургии с большой осторожностью, внимательно следя за пациентами, на случай ухудшения состояния. Препарат воздействует на мозг настолько быстро, что некоторые люди просто перестают дышать еще с иглами в руках.