La pentostatina può causare comunemente neurotossicità centrale dose-dipendente e mielosoppressione (specialmente linfopenia). Si possono manifestare inoltre tossicità renale e polmonare, mialgia, fotofobia, congiuntivite ed epatite reversibile. Altri effetti collaterali sono nausea, vomito, anoressia, diarrea, dolore addominale e flatulenza; reazioni dermatologiche (eritemi, rash, eczemi, ecc.) e di origine allergica; disturbi cardiovascolari (anomalie dell'ECG, aritmie, dolore toracico e tromboflebiti); disturbi a carico dell'apparato respiratorio (tosse, infezioni delle vie respiratorie superiori, dispnea, bronchiti, polmoniti, faringiti, riniti e sinusiti).