Минималните ефективни аналгетични серумни концентрации на фентанил при пациенти, нелекувани с опиоиди, варират между 0, 3– 1, 2 ng/ ml, а нива в кръвта 10- 20 ng/ ml предизвикват хирургическа анестезия и дълбоко потискане на дишането.
Analgetični učinki fentanila so povezani z nivojem učinkovine v krvi; pri bolnikih, ki še niso prejemali opioidov, znašajo minimalne učinkovite analgetične koncentracije fentanila v serumu 0, 3- 1, 2 ng/ ml, koncentracije v krvi 10- 20 ng/ ml pa imajo za posledico kirurško anastezijo in globoko depresijo dihanja.