1、急性、亚慢性和长期毒性：分别进行了小鼠、大鼠、狗和猴单剂量和6个月口服克拉霉素的毒性研究实验。
在小鼠和大鼠的急性毒性研究中，单剂量为5g/kg时，大鼠死亡一只。故半数致死量高于5g/kg，此为最高可行给药剂量。
灵长类动物在剂量为100mg/kg/天，给药14天或剂量为35mg/kg/天，给药1个月时无毒副作用。同样，大鼠在剂量为75mg/kg/天，给药1个月，35mg/kg/天，给药3个月或8mg/kg/天，给药6个月时无毒副作用。狗对克拉霉素较敏感，无毒副作用的耐受剂量为50mg/kg/天，给药14天，10mg/kg/天，给药1个月和3个月或4mg/kg/天，给药6个月。
在中毒剂量时，主要的临床表征为呕吐、虚弱、食欲不振、体重减轻、流涎、虚脱和好动。400mg/kg/天剂量组，10只猴中有2只在第8天死亡；存活至28天的猴的粪便为黄色脱色状。
所有物种中，毒性的靶向器官为肝脏。肝毒性表现为磷酸胆碱、丙氨酸和天冬氨酸氨基转移酶、Y-谷丙转氨酶和/或乳酸脱氢酶的血清浓度升高。停药后，这些参数通常能恢复或趋于正常。
研究表明，克拉霉素对其它组织如胃、胸腺及其它淋巴器官和肾的影响不大，治疗剂量时，只有狗出现结膜充血和流泪。大剂量400mg/kg/天时，一些狗和猴出现角膜浑浊和/或水肿。
2、生育能力、传代和致畸性：对生育能力和传代的影响实验研究表明，日服150～160mg/kg的剂量对雄性和雌性大鼠的性欲、生育力、分娩和子代的数量和发育无不良作用。Wistar(口服)和Sprague-Dawley大鼠(口服和静注)以及新西兰白兔和猕猴的致畸性实验均未能发现克拉霉素有任何致畸作用。仅在Sprague-Dawley大鼠的一次附加实验中出现过少见且无统计学意义的心血管异常(6%)，这主要是由于群体内基因自然表达的改变。对小鼠的两项研究也表明，70倍于人日常临床较高剂量(500mg，日服二次)时，出现上腭分裂现象(3～30%)，但35倍于人最大日服临床剂量时，无此现象，这一结果提示，其为母子毒性而非致畸性。
怀孕20天后，给予猴10倍于人日常临床较高剂量(500mg，日服二次)的克拉霉素，会导致流产。这主要是由极高剂量的药物毒性所致。在一项补充实验中，给予猴2.5～5倍于人最大日常剂量的克拉霉素，没有危及胚胎。
小鼠最大致死量实验(1000mg/kg/天剂量，约70倍于人最大日服临床剂量)中，致突变结果为阴性。而且，大鼠I期实验中，500mg/kg/天剂量(约35倍于人最大日服临床剂量)给药80天，未发现雄性大鼠因长期服用高剂量克拉霉素出现性功能损伤。
3、致突变：为评价克拉霉素的致突变能力，进行了非活性和大鼠肝微粒体活性实验(Ames实验)。结果表明，药物浓度为每碟25μg或更低时，无致突变能力。浓度为50μg时，对所有实验菌株产生毒性。