À l'instar des autres aminosides qui sont tous des composés très polaires, la gentamicine ne traverse pas la paroi intestinale, ce qui fait que son usage systémique ne peut se faire que par administration intraveineuse ou intramusculaire. Elle peut également être utilisée de manière externe, en application locale.
Chez des individus génétiquement susceptibles, la gentamicine peut provoquer de la surdité ou une perte du sens de l'équilibre. Ces individus ont une mutation de l'ADN qui est normalement inoffensive, mais qui permet à la gentamicine d'affecter leurs cellules. Les cellules de l'oreille y sont particulièrement sensibles.
La gentamicine peut également être hautement néphrotoxique, en particulier si des doses multiples s'accumulent en cours de traitement. Pour cette raison, la dose de gentamicine est d'habitude calculée en fonction du poids. Diverses formules existent pour calculer le dosage de la gentamicine. En cours de traitement, il faudra également suivre les taux sériques de gentamicine.