頭孢菌素是目前臨床應用最廣泛的β-內醯胺類抗生素，具有抗藥譜廣、抗菌作用強、耐青黴素酶、臨床療效高、毒性低、過敏反應較青黴素類少見等優點。根據抗菌譜、抗菌活性、對β-內醯胺酶的穩定性的差異，目前可將頭孢菌素分為五代。
- 第一代頭孢菌素：第一代頭孢菌素常用的口服品種有頭孢氨苄、 頭孢拉定、頭孢羥氨苄等，常用注射劑品種有頭孢唑林、頭孢硫脒、頭孢拉定等。這類藥物是20世紀60年代初開始廣泛應用於臨床，主要作用於需氧革蘭陽性球菌，包括β-溶血性鏈球菌、甲氧西林敏感葡萄球菌、肺炎鏈球菌、流感嗜血桿菌，但甲氧西林耐藥葡萄球菌、耐青黴素肺炎鏈球菌和腸球菌屬對其耐藥。對革蘭陰性菌作用較弱，對革蘭陰性桿菌產生的β-內醯胺酶不穩定，對大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌、奇異變形菌等革蘭陰性桿菌有一定抗菌活性。
- 第二代頭孢菌素：第二代頭孢菌素常用口服品種有頭孢克洛、頭孢呋辛、頭孢丙烯等，常用注射劑品種有頭孢呋辛、頭孢替安、頭孢孟多等。對革蘭陽性球菌的抗菌活性較第一代相近或較低，而對革蘭陰性桿菌的作用強，表現在對革蘭陰性桿菌所產 β-內醯胺酶的穩定性較第一代頭孢菌素強，第二代頭孢菌素的抗菌譜較第一代有所擴大，對奈瑟菌、部分變形桿菌、部分枸櫞酸桿菌、部分腸桿菌屬均有抗菌作用。
- 第三代頭孢菌素：第三代頭孢菌素常用口服品種有頭孢克肟、頭孢泊肟酯等，常用注射劑品種有頭孢噻肟、頭孢唑肟、頭孢曲松、頭孢他啶等，對革蘭陽性菌的抗菌效能普遍低於第一代(個別品種相近)，對革蘭陰性菌的作用較第二代頭孢菌素更強。第三代頭孢菌素的抗菌譜比第二代又有所擴大，對肺炎鏈球菌(包括耐青黴素菌株）、化膿性鏈球菌及其他鏈球菌屬有良好抗菌活性；對大腸埃希菌、肺炎克雷伯茵、奇異變形菌等革蘭陰性桿菌有較強的抗菌活性；對流感嗜血桿菌、腦膜炎奈瑟球茵、淋病奈瑟球菌及卡他莫拉菌作用強，對沙雷菌屬、腸桿菌屬、不動桿菌屬及假單胞菌屬的作用則不同品種間差異較大。多數第三代頭孢菌素對β-內醯胺酶的穩定性較第一、第二代頭孢菌素強。
- 第四代頭孢菌素：第四代頭孢菌素臨床常用注射劑品種有頭孢吡肟、頭孢匹羅等。這類藥物抗革蘭陽性和陰性菌更加平衡，對腸桿菌屬和葡萄球菌屬細菌的活性較第三代頭孢菌素強；對革蘭陰性桿菌產生的超廣譜β-內胺酶(ESBLs) 的穩定性優於第三代頭孢菌素，對後者耐藥的腸桿菌屬、檸檬酸桿菌屬、普羅威登菌屬、摩根菌屬及沙雷菌屬對第四代頭孢菌素仍呈敏感；對銅綠假單胞菌的活性與頭孢他啶相仿。
- 第五代頭孢菌素：β-內醯胺類抗菌藥物是治療葡萄球菌感染的首選藥物，但耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA) 都被認為對所有β-內醯胺類耐藥。近年來新合成的一些頭孢菌素類藥物如：頭孢羅磷、頭孢比普等對包括MRSA、甲氧西林凝固酶陰性葡萄球菌、青黴素耐藥肺炎鏈球菌，在內的多數革蘭陽性菌具有較強的抗菌活性，對部分革蘭陰性菌仍然具有良好的抗菌活性。
頭孢菌素類的不良反應：
- 過敏反應：頭孢菌素可致皮疹、蕁麻疹、血管神經性水腫、過敏性休克等。頭孢菌素的過敏性休克類似青黴素休克反應。兩類藥物間呈現不完全的交叉過敏反應。應用頭孢菌素時注意，對青黴素過敏及過敏體質者應慎用，也曾有個別患者用青黴素不過敏而換用頭孢菌素髮生過敏，頭孢菌素用前是否要做皮試，無統一規定。有的產品在說明書中規定用前皮試，應參照執行。
- 胃腸道反應和菌群失調：多數頭孢菌素可致噁心、嘔吐、食慾缺乏等反應。頭孢菌素對腸道菌群抑制作用強，可致腸道菌群失調，引起維生素B族和維生素K缺乏，也可引起抗生素相關性腹瀉，嚴重者可致假膜性腸炎。
- 肝功能昇常：偶見一過性氨基轉移酶、鹼性磷酸酶、血膽紅素等值升高。
- 造血系統毒性：偶可致紅細胞或白細胞減少、血小板減少、嗜酸性粒細胞增多等。
- 腎損害：絕大多數的頭孢菌素由腎排洩，偶可致血液尿素氮(BUN)、血肌酐值升高、少尿、蛋白尿等。第一代頭孢菌素腎損害作用最顯著。頭孢菌素與高效利尿藥或氨基糖苷類抗生素合用，腎損害顯著增強。
- 凝血功能異常：所有的頭孢菌素都抑制腸道菌群產生維生素K，因此具有潛在的致出血作用。凝血功能障礙的發生與藥物的用量大小、療程長短直接有關。
- 與乙醇聯合應用產生雙硫侖樣反應：雙硫侖為一種種戒酒藥，其能抑制乙醛脫氫酶的活性，使飲酒者體內乙醛蓄積產生嚴重不適而用於戒酒。含硫甲基四氮唑基團的頭孢菌素如：頭孢美唑、頭孢米諾、拉氧頭孢、頭孢哌酮等，有類雙硫侖的功能。當與乙醇(即使很少量)聯合應用時，也可引起體內乙醛蓄積，多表現為面部潮紅、結膜充血、視覺模糊、頭暈、噁心、嘔吐、大汗、胸痛、急性肝損傷，嚴重者可致急性心衰及死亡。近年來，也有一些不含硫甲基四氮唑基團的頭孢菌素，如頭孢曲松引起雙硫侖樣反應的報道，其發生機制尚不明確，故臨床應用頭孢菌素時應禁止飲酒或使用含有乙醇的注射劑或口服制劑。
