Пеніциліни застосовують при інфекціях, спричинених чутливими до них збудниками. Переважно вони використовуються при інфекціях верхніх дихальних шляхів, при лікуванні ангіни, скарлатини, отиту, сепсису, сифілісу, гонореї, інфекцій ШКТ, інфекцій сечовивідних шляхів та ін.
Пеніциліни мають переважно бактерицидний ефект. Вони перешкоджають синтезу пептидоглікану, що є основним компонентом клітинної стінки бактерій, а саме пригнічують транспептидазну реакцію синтезу компонентів клітинної стінки (наприклад, D-аланіну).
Виявляється, β-лактамні антибіотики (до яких належить пеніцилін) роблять отвори в стінках клітин бактерій метицилін-резистентного золотистого стафілокока (MRSA). У міру зростання пошкодженої клітини збільшується і просвердлений отвір. Стінка руйнується, і бактерія гине.