局所麻酔薬の中枢神経毒性は，血中濃度の上昇に伴って脳内の濃度が上昇した結果，GABA作動性抑制性ニューロンが広範囲に抑制されることによって生ずる．中枢神経毒性は心毒性にも密接に関与しており，中枢神経毒性を亢進あるいは減弱させる薬物は心毒性にも影響を与えうる．静脈麻酔薬，吸入麻酔薬はいずれも局所麻酔薬の中枢神経毒性を抑制するが，交感神経α2受容体作動薬であるデクスメデトミジン，β1受容体遮断薬であるプロプラノロールも脳に直接作用して同様の作用を有する．局所麻酔薬の脳内濃度の推移は，血中濃度と類似しているが，リドカインとレボブピバカインでは血液中から脳内への移行の度合に差がある可能性が示唆された．
