Mostra marcati effetti collaterali dovuti al fatto che, oltre ad inibire la duplicazione di cellule tumorali, blocca anche la replicazione delle cellule sane, soprattutto a livello dei tessuti ematopoietici. Questo può portare a carenza di elementi corpuscolati del sangue quali anemia e riduzione della risposta immunitaria per blocco dei precursori linfoidi e mieloidi delle cellule del sistema immunitario. La vincristina, rispetto agli altri alcaloidi della Vinca, dimostra una particolare attività tossica al livello del sistema nervoso centrale e periferico e solo in minor misura a livello di midollo osseo e degli apparati digerente e cutaneo. La tossicità si manifesta con la comparsa di parestesie, diminuzione dei riflessi e della sensibilità a carico dei nervi periferici, disturbi del sistema nervoso autonomo (per esempio, stitichezza, che può arrivare fino all'ileo paralitico).