哺乳动物细胞培养分析的体外研究发现，仅在细胞毒性浓度和伴随代谢活化条件下，芬太尼表现出与其它阿片类镇痛药一样的致突变作用。在啮齿类动物体内研究和细菌分析中，无证据显示芬太尼有致突变性。在一项大鼠致癌性的2年研究中，雄性和雌性大鼠皮下注射剂量分别最高达到33μg/kg/day和100μg/kg/day（通过AUC0-24H的比较，相当于人类使用100μg/h的贴剂，每日暴露剂量的0.16和0.39倍），没有观察到芬太尼和肿瘤发生率上升的相关性。
对雌性大鼠进行的一些试验中，显示芬太尼引起了生育力降低及胚胎死亡。这些发现与药物对母体产生的毒性有关，但药物对发育中的胚胎并无直接影响。没有致畸性的证据。
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