Ketamiinin vaikutukset vaihtelevat riippuen annoksen koosta ja säännöllisyydestä sekä käyttäjän suvaitsevaisuudesta lääkkeen suhteen. Yleensä ketamiini on voimakas kipulääke, jota käytetään usein kontrolloiduissa annoksissa nukutusaineena ja rauhoittavana aineena. Jotkut asiantuntijat pitävät lääkettä parempana kuin muut anestesia -aineet, koska sillä on taipumus stimuloida verenkiertojärjestelmää sen sijaan, että se tukahduttaisi sitä kuten muut. Kevyt euforian tunne saattaa ilmaantua ketamiinin aloitusannosten yhteydessä, ja suuret annokset johtavat lopulta hallusinaatioihin. Lääkkeen väärinkäyttö voi aiheuttaa vakavia terveysongelmia, joista tärkein on aivovaurio.
Lääke on luokiteltu N-metyyli-D-asparagiinihapon (NDMA) reseptoriantagonistiksi, mikä heikentää reseptorien toimintaa ja estää glutamaatin, kiihottavan välittäjäaineen, vaikutukset. Tämä toimenpide vähentää merkittävästi kipua ja rauhoittaa potilaan mielialaa. Vahvemmat annokset sitoutuvat aivojen opioidireseptoreihin, mikä parantaa kipua lievittävää vaikutusta ja tuo samalla esiin euforian tunteita. Ketamiinin vaikutusten alaiset potilaat voivat lopulta siirtyä unenomaiseen tilaan, jossa heidän kehonsa tuntuu kelluvan; aistiharhat liittyvät tunne useissa tapauksissa. Raportit kokemuksesta ovat saaneet monet ihmiset käyttämään ketamiinia virkistyslääkkeenä.
Päihteiden väärinkäyttö voi kuitenkin johtaa moniin ketamiinin kielteisiin vaikutuksiin. Suurten lääkeannosten aiheuttamat euforiset, kelluvat tuntemukset ja hallusinaatiot voivat syrjäyttää käyttäjän käsityksen todellisuudesta, mikä johtaa ahdistukseen ja vainoharhaisuuteen. Jotkut käyttäjät sanovat, että tunne on samanlainen kuin putoaminen pohjattomaan reikään, ja se voi olla halvaannuttavaa. Ei ole harvinaista, että yksilöt tuntevat pahoinvointia ketamiinin vaikutusten alaisena. Toistuva käyttö voi myös johtaa dissosiaatioon todellisuudesta, mikä johtaa lukuisiin mahdollisiin psyykkisiin häiriöihin.
Ketamiinin lääketieteelliset vaikutukset voivat sen sijaan olla kohtalokkaita. Vaikka pienet lääkeannokset voivat olla hyödyllisiä verenkiertojärjestelmän tehostamisessa, suuret annokset voivat tukahduttaa hengityksen. Aivojen normaalin toiminnan häiritseminen usein käytettäessä ketamiinia voi myös johtaa riippuvuuteen lääkkeestä; käyttäjät kokevat usein vieroitusoireita, kuten vapinaa lääkkeen ottamisen jälkeen. Raskas tai säännöllinen ketamiinin käyttö voi aiheuttaa korjaamattomia vaurioita aivoissa, mikä voi johtaa ongelmiin, jotka liittyvät heikompiin kognitiivisiin kykyihin ja heikentyneeseen neurologiseen toimintaan. Tutkimukset ovat osoittaneet, että pitkäaikaisilla ketamiinin käyttäjillä on myös suurempi munuaisvaivojen esiintyvyys, vaikka tämä johtuu siitä, että huumeiden väärinkäyttöön liittyvä elämäntapa sisältää usein muita haitallisia tekijöitä, kuten alkoholin väärinkäyttöä.