喜树碱小鼠腹腔注射的半数致死量为68.4-83.6mg/kg。喜树碱钠盐小鼠静脉注射的半数致死量为57.3mg；灌胃的半数致死量为26.9mg/kg；大鼠静脉注射的半数致死量为234.1mg/kg；灌胃的半数致死量为153.2mg/kg。犬静脉注射的最小致死量为80mg/kg，给药后10天内死亡。10-羟基喜树碱小鼠腹腔注射的半数致死量为104 ±11mg/kg。喜树碱前体多相脂质体腹腔注射及灌胃小鼠的半数致死量分别为159.3mg/kg及33.7mg/kg。犬和猴静脉注射喜树碱钠盐后，首先出现厌食、脱水、体重下降、呕吐和不同程度的腹泻，有些动物出现血性腹泻而死亡，剖检可见消化道上皮增生，坏死碎片积聚于扩张的腺体小窝内，覆盖上皮坏死，粘膜和粘膜下出血。给予最大耐受量存活的犬出现可逆性贫血，中性粒细胞和淋巴细胞减少，血象恢复期可有轻度暂时性单核细胞增多。当用量为最小致死量时，猴在死前血色素升高，血清碱性磷酸酶，天冬氨酸转氨酶和丙氨酸转氨酶升高，骨髓内细胞减少，犬出现坏死性胆囊炎；猴肾脏肾小管明显损伤，少数有肝局部性坏死。10-羟基喜树碱对犬的毒性反应与喜树碱相似，但对肾脏毒性较小。羟基喜树碱对肿瘤细胞有诱发中国仓鼠卵巢细胞染色体畸变的作用。