De sekundære farmakologiske effekter er respirationsdepression, bradykardi, hypotermi, constipation, miosis, fysisk afhængighed og eufori. De laveste, effektive fentanylkoncentrationer i serum hos opioid- naive patienter behandlet mod akutte, post- operative smerter, varierer fra 0, 2- 1, 2 ng/ ml; de utilsigtede hændelsers hyppighed øges ved serumniveauer på over 2 ng/ ml.
Fentanüüli minimaalne analgeesiat tekitav plasmakontsentratsioon postoperatiivse ägeda valu vaigistamiseks on inimestel, kes varem ei ole opiaate kasutanud, piirides 0, 2… 1, 2 ng/ ml; kõrvaltoimete sagedus suureneb alates plasmakontsentratsioonist üle 2 ng/ ml.