属于一型超敏反应。青霉素作为变应原具有抗原表位，本身没有免疫原性，但其降解的产物青霉噻唑醛酸或青霉稀酸，与体内组织蛋白共价结合后，可以刺激机体产生特异性IgE抗体，使肥大细胞和嗜碱性粒细胞致敏。当机体再次接触青霉素时，青霉噻唑醛酸或青霉稀酸蛋白可以通过交联结合靶细胞表面特异性IgE分子而触发过敏反应。
超敏反应，超敏反应(hypersensitivity )，即异常的、过高的免疫应答。即机体与抗原性物质在一定条件下相互作用，产生致敏淋巴细胞或特异性抗体，如与再次进入的抗原结合，可导致机体生理功能紊乱和组织损害的免疫病理反应。又称变态反应。
青霉素属于β-内酰胺族抗生素，其疗效显著、应用广泛。但青霉素易导致药物不良反应，人群中有1%～10%对青霉素过敏，任何年龄、剂型、剂量和给药途径，均可发生过敏反应，严重的过敏性休克可以危及生命。
青霉素可以降解为大约10种，可与蛋白质结合的降解产物，其中最常见者为苄基青霉噻唑基（benzyl penicilloyl，简称BPO基），其他部分简称小部抗原决定基混合物（简称MDM）。MDM虽然只占5%，但严重的速发型变态反应多与此有关。半抗原与抗体多价结合后发生桥联反应，使肥大细胞或嗜碱性粒细胞脱颗粒，释放组胺、激肽等化学介质，导致速发型变态反应。
青霉素与头孢菌素都含有β-内酰胺环，可以发生交叉过敏反应。青霉素制剂也会含有来自培养基中的蛋白质或其聚合物，都可以作为变应原而引起变态反应，合成的青霉素不会发生此类过敏反应。
各种青霉素之间（包括青霉素、氨苄西林、甲氧西林、苯唑西林、苄星青霉素及其他半合成类似物）都有6-氨基青霉烷酸构造，降解后都可以产生青霉噻唑基（penicilloyl），可以发生交叉过敏反应。对一种青霉素过敏后，应改用其他抗生素代替，不应再用青霉素类。
病因：青霉素是一种半抗原，进入人体后与组织蛋白质结合形成全抗原。对于过敏体质的患者，青霉素进入机体后形成的全抗原可使淋巴细胞产生特异性抗体lgE，lgE可粘附在鼻、咽、声带、支气管黏膜上，使机体呈过敏状态。当患者再次口服或注射，甚至外用青霉素时，新的抗原即与特异性抗体lgE相结合而发生作用，导致机体发生Ⅰ型变态反应，患者血液中出现大量的组织胺、缓激肽等致敏物质，作用于效应器官，引起毛细血管扩张和通透性增高、血管平滑肌舒张、血管床容积增大，即刻出现各种症状
