La xylazine provoque une dépression cardio-respiratoire importante à l'origine d'une bradycardie sinusale, de blocs atrio-ventriculaires et d'une bradypnée. Elle induit également une vasoconstriction. Sur le plan hémodynamique, la xylazine provoque d'abord une hypertension puis une hypotension. Elle diminue les contractions des muscles lisses : elle freine ainsi la motricité gastro-intestinale et favorise l'aérogastrie. En conséquence, il est déconseillé d'utiliser la xylazine pour tout examen d'imagerie médicale du tube digestif.
La xylazine est antagonisée par des α-antagonistes, comme l'atipamézole, la yohimbine et la tolazoline.
L'acépromazine peut potentialiser l'hypotension provoquée par la xylazine. L'association avec l'adrénaline (ou épinéphrine) peut augmenter les risques d'arythmie ventriculaire.