Alcuni sintomi del sovradosaggio sono rallentamento psicofisico, mancanza di coordinazione, difficoltà di pensiero, lentezza del linguaggio, perdita di giudizio, sonnolenza, respiro affannoso, e nei casi più gravi, coma o morte. Il dosaggio letale varia notevolmente con il tipo di farmaco, la tolleranza e da un individuo all'altro. In caso di sovradosaggio per l'assunzione con altri depressivi del SNC (come alcol, oppiacei, benzodiazepine) gli effetti sono più pericolosi, soprattutto per quanto riguarda la sommatoria degli effetti depressivi sul sistema respiratorio. I barbiturici ad azione più lunga hanno emivita di un giorno o più e comportano il bioaccumulo del farmaco nell'organismo. quindi il farmaco viene eliminato più lentamente, e può raggiungere concentrazioni tossiche nel sangue dopo somministrazioni ripetute (anche se assunto nella dose terapeutica prescritta). Gli utenti che consumano alcol o altri sedativi dopo che gli effetti del farmaco sono esauriti, ma prima che venga eliminato totalmente dall'organismo, sperimentano effetti collaterali dovuti anche agli altri sedativi, che possono essere invalidanti o addirittura fatali.