Die größte Gruppe der Antibiotika stellen die sogenannten Beta-Laktamantibiotika dar. Zu ihnen zählen das wohl bekannteste Antibiotika Penizillin sowie die Gruppe der Cephalosporine (z.B. Cefuroxim) und die Carbapeneme (z.B. Imipenem).

Sämtliche Beta-Laktamantibiotika wirken keimabtötend auf vor allem schnell wachsende Bakterien. Sie werden hauptsächlich bei  Befall durch Kokken gegeben (Pneumokokken bei der Lungenentzündung, Streptokokken bei der Angina und beim Erysipel sowie Gonokokken bei der Syphilis und Meningokoggen bei der Hirnhautentzündung). Man unterscheidet noch das Penizillin G von Penizillin V.

Es gibt Penizilline, die nicht betalaktamasefest sind (Penizillin) und welche, die betalaktamasefest sind. Dazu gehört das Staphylokokkenpenizillin Flucloxacillin, das gerne bei Staphylokokkus aureus Infektionen gegeben wird.
Die Aminopenicilline (Ampicillin, Amoxicillin) werden gerne bei Kokkeninfektionen der Lunge und des Hals-Nasen-Ohren Traktes verabreicht. Eine spezielle Indikation stellt die Harnwegsinfektion während der Schwangerschaft dar. Des Weiteren wird diese Stoffgruppe bei Patienten, die für Herzinnenwandentzündungen gefährdet sind, prophylaktisch gegeben (z.B. bei einer Zahn- oder Kieferoperation).
In 5-10% der Fälle entwickeln Patienten unter der Behandlung des Präparates Hautreaktionen (Exantheme) oder als Komplikation eine sogenannte Pseudomembranöse Kolitis. Patienten, die bereits Hautreaktionen aus anderen Gründen haben, sollten diese Präparate nicht gegeben werden. Da Ampizillin schlecht im Darm resorbiert werden kann, sind die Hauptdarreichungsformen in flüssiger intravenöser Form. Die Acylaminopenicilline (Mezlocillin, Piperacillin) werden bei schweren Infektionen gegeben.

Als Nebenwirkung der Beta-Lactamantibiotika können:

• Allergien
• Schädigungen der Nerven (Neurotoxizität)
  und
• eine erhöhte Freisetzung von abgetöteten Bakterien mit begleitendem Schüttelfrost und Fieber (Jarisch-Herxheimer-Reaktion

zur Folge haben.
Sollte es zu dieser Nebenwirkung kommen, sollte man die Therapie unbedingt weiterführen, allerdings zusätzlich fiebersenkende Medikamente geben sowie Bettruhe verordnen und das Medikament langsam geben.

Mit Cephalosporinen sollte Penizillin nicht kombiniert  werden, da es hier zu einer sogenannten Kreuzreaktion kommen kann.
Bakterien sind stellenweise in der Lage ein Enzym (Beta-Laktamase) zu bilden, das die Betalaktam-Struktur des Antibiotikums angreift und somit unwirksam macht.