氯胺酮作用于大腦的受體類型不同，會出現感覺與疼痛分離現象，也叫分離麻醉。氯胺酮注射到體內以后，患者對傷害性刺激沒有疼痛反應，沒有入睡，大腦活動甚至比沒有給藥之前更加活躍，會產生興奮或者做噩夢或者致幻作用，也可以把氯胺酮當作一種致幻劑。由于氯胺酮的神經興奮作用，休克的患者使用其它麻醉劑以后，會導致血壓更低，甚至出現危及患者生命的現象。休克患者使用氯胺酮以后，會有提升血壓作用，同時也能使患者無痛。氯胺酮靜脈注射能迅速進入中樞神經系統，起效時間大概是20秒-30秒，患者進入氯胺酮麻醉狀態以后，表現出眼球震顫、肌張力增高，但是角膜對光反射仍然活躍。整個氯胺酮麻醉期間，患者對傷害性刺激不會有任何疼痛反射。