Effekterna av ketamin varierar beroende på dosens storlek och regelbundenhet, samt användarens tolerans för läkemedlet. Generellt sett är ketamin ett kraftfullt smärtstillande medel, som ofta används i kontrollerade doser som bedövningsmedel och som lugnande medel. Vissa experter föredrar läkemedlet framför andra bedövningsmedel, eftersom det tenderar att stimulera cirkulationssystemet, snarare än att undertrycka det som de andra gör. En lätt känsla av eufori kan sätta in med initiala doser av ketamin, med större doser som så småningom leder till hallucinationer. Missbruk av drogen kan orsaka allvarliga hälsoproblem, främst hjärnskador.
Läkemedlet klassificeras som en N-Methyl-D-asparaginsyra (NDMA) receptorantagonist, vilket försämrar receptorernas funktion och blockerar effekterna från glutamat, en excitatorisk signalsubstans. Denna åtgärd minskar känslan av smärta avsevärt och lugnar patientens humör. Starkare doser binder till opioidreceptorer i hjärnan, vilket förstärker de smärtstillande effekterna samtidigt som de introducerar en känsla av eufori. Patienter under effekterna av ketamin kan så småningom gå in i ett drömlikt tillstånd där deras kroppar känns som att de flyter; hallucinationer åtföljer känslan i ett antal fall. Rapporter om upplevelsen har lett till att många individer använder ketamin som en rekreationsdrog.
Missbruk kan dock leda till många negativa effekter av ketamin. De euforiska, svävande förnimmelserna och hallucinationerna som framkallas av höga doser av drogen kan förskjuta användarens uppfattning från verkligheten, vilket resulterar i ångest och paranoia. Vissa användare uppger att känslan liknar att falla ner i ett bottenlöst hål, och det kan vara förlamande. Det är inte ovanligt att individer känner sig illamående under påverkan av ketamin. Frekvent användning kan också leda till en dissociation med verkligheten, vilket resulterar i en mängd möjliga psykologiska störningar.
Medicinska effekter av ketamin kan å andra sidan visa sig vara dödliga. Även om små doser av läkemedlet kan vara fördelaktigt för att öka cirkulationssystemet, kan större doser undertrycka andningen. Att manipulera hjärnans normala funktion genom frekvent användning av ketamin kan också leda till ett beroende av drogen; användare drabbas ofta av abstinenssymtom som skakningar när de tas av läkemedlet. Tung eller regelbunden användning av ketamin kan orsaka utveckling av irreparable lesioner i hjärnan, vilket resulterar i problem som involverar sämre kognitiva förmågor och nedsatt neurologisk funktion. Studier har visat att långvariga ketaminanvändare också har en högre förekomst av njurproblem, även om detta kan förklaras av det faktum att livsstilen förknippad med drogmissbruk ofta inkluderar andra skadliga faktorer som alkoholmissbruk.