藥物變態反應（或稱藥物過敏性反應）是藥物作為變應原，在體內引發特異抗體或致敏淋巴細胞形成，使機體致敏后，當藥物變應原再次進入體內與特異抗體相結合，從而引發變態反應。這種反應僅見于少數有易感性的人。它與藥物固有的藥理學作用所致的其它不良反應如過量反應、副作用、繼發反應、藥物間相互作用、不耐受及特異質等反應不同，它可發生于常用劑量，也可發生于很小劑量，并可當再用時，即使是很小劑量也可使反應再發。變態反應是由免疫機制致成。皮膚的藥物反應（藥疹）多由于變態反應所致，但并非都由于變態反應，有些被疑為變態反應但還缺乏證實。
依據免疫學原理，一種物質可引發抗體形成，即有免疫原性；可與相應抗體發生特異性結合，即有反應原性。同時具有免疫原性和反應原性者，叫做全抗原或完全抗原。有些藥物本身可作為完全抗原引起變態反應，包括破傷風抗毒素及用來治療白喉、狂犬病、臘腸中毒、氣性壞疽、毒蛇咬傷的異種血清制劑；白喉類毒素，破傷風類毒素及傷寒、百日咳、小兒麻痹、斑疹傷寒、狂犬病疫苗等；促腎上腺皮質激素、垂體后葉素、胰島素等器官提取物；胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、纖維蛋白溶解酶等酶類；還有肝素、右旋糖酐、疫苗中的添加劑以及動物器官提取物中的雜質等。
我們通常應用的藥物，多屬于分子量低于1000的小分子化合物，它們極少或無抗原性。小分子化學物質，其本身雖無抗原性，但當與蛋白質等大分子物質牢固結合后，形成大分子的結合抗原，就有了抗原性。這種小分子化學物質，叫做半抗原。例如二硝基氯苯，其分子量為203，它不能引起抗體形成，即無抗原性或免疫原性。但當它與大分子物質如蛋白質分子結合，形成二硝基氯苯蛋白質結合物時，便能引起抗體產生，即有了免疫原性。小分子簡單化學物質二硝基氯苯能與這樣的抗體發生特異性反應，說明它有反應原性。這種有反應原性而無免疫原性的簡單化學物質，就叫做半抗原或抗原決定基。
與半抗原相結合而使之具有抗原性的大分子物質叫載體分子。半抗原-蛋白質結合物稱為結合抗原或復合抗原，它所引發的抗體，不但可與相應的半抗原發生特異性結合，有時也可與載體分子發生特異結合，產生致敏作用。研究發現：除有些藥物本身就是半抗原外，許多藥物在體內經過肝臟代謝所產生的有化學活性的代謝產物也是半抗原。另外，在用不同比例的半抗原與蛋白質結合的研究中還發現：在所形成的結合抗原上，半抗原分子的密度，可影響免疫應答能力，即藥物或其代謝產物，越易與體內載體分子形成不可逆共價結合者，越易引發變態反應。一般而言，大多數藥物不易形成上述的不可逆結合，只有化學活性較強的藥物代謝產物，才可與體內的載體分子形成這種結合。上述各點的綜合，有助于解釋為什么藥物變態反應只發生于極少數人；反應為什么有時好發生于某些器官（代謝產物易于在此處積聚）；為什么某些藥物易于致敏（易于形成有較高化學活性的代謝產物）以及為什么用原藥進行皮試常不能測得陽性結果。
藥物抗原或結合抗原，在體內可引發抗體形成。具有抗體功能的血清蛋白質稱為免疫球蛋白,簡稱 Ig。在藥物變態反應中常被涉及的抗體有IgE、IgG與IgM。抗體的每一個基本結構單位有兩個抗體結合價（也叫抗原結合點），以此與抗原結合。抗原結合點由抗體分子的重鏈和輕鏈的可變部分組成，此可變部分的不同氨基酸分子的排列順序不同，決定抗原結合點的特異性。每一抗體皆有其特異性，它只能與相應的抗原特異結合。例如，由馬血清引發的抗體只能與馬血清蛋白相結合，但不能與其它動物血清蛋白相結合；由青霉素引發的抗體只能與青霉素分子相結合，但不能與磺胺或其它藥物的分子相結合。
在藥物變態反應中，不同個體對某一抗原所產生的抗體，其種類和數量都可不同。如青霉素變態反應在有的個體表現為過敏性休克，在另外的個體表現為藥疹或血液學病變，就是不同個體對同一抗原產生不同抗體的例證。有時同一個體在不同時期，對同一抗原所產生的抗體在種類和數量上也可不同。另外，有的個體對某一抗原可無抗體產生，而產生致敏淋巴細胞。
抗體產生的個體差異有助于解釋同一藥物在不同個體引發不同變態反應表現，不同藥物可引發同一類型的表現，同一個體在不同時期對同一藥物可有不同表現等復雜情況。
綜合上述過程，對藥物的變態反應發生的過程，歸納如下：（1）藥物或其代謝產物與體內的載體分子如蛋白質分子等，形成不可逆的共價結合，成為結合抗原。（2）結合抗原在體內引發抗體或致敏淋巴細胞形成，或二者兼而有之。（3）當再次用藥（抗原再暴露）時，藥物半抗原與相應抗體或致敏淋巴細胞發生特異性結合，導致變態反應發生。在這個過程中有時需有補體參加。