根据吸毒者的脑电图研究结果，认为K粉(氯胺酮)对丘脑-新皮质系统有抑制作用，而对丘脑和边缘系统则有兴奋作用。

氯胺酮产生麻醉作用主要是抑制兴奋性神经递质，包括乙酰胆碱、L-谷氨酸以及与N-甲基-d天门冬氨酸受体相互作用的结果。

氯胺酮产生镇痛效应的机制，主要是阻滞脊髓网状结构束对痛觉的传入信号，而对脊髓丘脑传导无影响。其镇痛效应主要与阻滞痛觉的情绪成分有关，而对身体感觉成分的影响较小。还有些研究的结果表明，氯胺酮由于与κ阿片受体结合而产生镇痛效应。

静脉注射氯胺酮后意识逐渐消失，往往表现为眼睛睁开凝视，眼球震颤，肌张力增加，有时出现不自主肌肉活动。眼睑、角膜和喉反射不受抑制。镇痛作用显著，即使阈下剂量也产生镇痛效应。脑电图表现为α波活动减弱，出现θ和δ波。有时在丘脑和边缘系统出现癫痫样波形，但不向大脑皮质扩散。氯胺酮可使脑血流量和脑耗氧量增加，颅内压随脑血流量增加而增高。

氯胺酮麻醉苏醒期可出现精神运动性反应，表现为恶梦、幻觉、谵妄、恐怖感等。地西泮、咪达唑仑等药物有助于减少这些不良反应。