I barbiturici come il fenobarbital sono stati usati a lungo come ansiolitici e ipnotici. I barbiturici ad azione intermedia riducono il tempo necessario per addormentarsi, aumentano la durata totale del sonno e riducono la durata del sonno REM. Oggi sono stati in gran parte sostituiti dalle benzodiazepine perché sono meno tossiche in caso di sovradosaggio. I barbiturici sono ancora usati come anticonvulsivanti (ad es. fenobarbital e primidone) per il trattamento di alcune forme di epilessia comprendenti le crisi parziali e le crisi tonico-cloniche generalizzate, e come anestetici generali (ad es. tiopental sodico).