Gli effetti negativi della somministrazione di petidina sono quelli tipici degli oppioidi: nausea, vomito, vertigini, diaforesi, ritenzione urinaria e costipazione. A causa degli effetti stimolanti moderati mediati dalla dopamina e dalla norepinefrina, dà meno sedazione rispetto ad altri oppioidi. A differenza di altri oppioidi, non causa miosi, perché ha proprietà anticolinergiche. Il sovradosaggio può causare flaccidità muscolare, depressione respiratoria, ottundimento, ipotensione e coma. Per invertire la depressione respiratoria e gli altri effetti collaterali si usa un antagonista narcotico come il naloxone. La sindrome serotoninergica si verifica in pazienti sotto terapia antidepressiva concomitante con inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina (SSRI) o inibitori delle monoaminossidasi o altri tipi di farmaci. Talvolta si verificano crisi convulsive in pazienti che assumono cronicamente petidina parenterale. Queste convulsioni sono state attribuite all'accumulo nel plasma del metabolita norpetidina (normeperidina). Il sovradosaggio di petidina per via orale o endovenosa può provocare la morte.