青霉素与头孢菌素在抗菌谱、耐药性、不良反应、药代动力学方面存在差异。抗菌谱上青霉素对部分革兰阳性菌等作用强、阴性菌弱，头孢菌素各代次抗菌谱有别；耐药性上青霉素常见致病菌耐药普遍，头孢菌素不断研发更新应对耐药；不良反应均有过敏等，且各有不同影响；药代动力学中吸收、分布、代谢排泄各有特点。
一、抗菌谱方面
青霉素对大多数革兰阳性球菌（如溶血性链球菌、肺炎链球菌等）、革兰阳性杆菌（如白喉杆菌等）、革兰阴性球菌（如脑膜炎奈瑟菌等）以及某些螺旋体（如梅毒螺旋体等）有较强的抗菌活性，但对革兰阴性杆菌作用较弱。而头孢菌素根据不同的代次抗菌谱有所不同，第一代头孢菌素对革兰阳性菌（包括产青霉素酶和不产青霉素酶的金黄色葡萄球菌等）的抗菌活性较强，对部分革兰阴性菌（如大肠杆菌、奇异变形杆菌等）也有一定作用；第二代头孢菌素对革兰阳性菌的活性与第一代相似或略差，对革兰阴性菌（如流感嗜血杆菌、克雷伯菌属等）的抗菌活性有所增强；第三代头孢菌素对革兰阴性菌的抗菌活性显著增强，对革兰阳性菌的作用较第一、二代弱，对铜绿假单胞菌等有一定作用；第四代头孢菌素对革兰阳性菌、革兰阴性菌的抗菌谱更广，对铜绿假单胞菌等假单胞菌属有较强活性。例如，研究表明第一代头孢菌素头孢唑林对金黄色葡萄球菌的抗菌效果较好，第三代头孢菌素头孢他啶对铜绿假单胞菌有明显的抑制作用。
二、耐药性方面
随着时间推移，细菌对青霉素的耐药情况较为普遍，很多常见的致病菌如金黄色葡萄球菌等对青霉素产生了较高的耐药率。而头孢菌素由于不断研发更新，不同代次的头孢菌素耐药情况有所差异，但总体来说，相较于青霉素，细菌对头孢菌素的整体耐药率在不同菌种和不同代次中有不同表现，且通过不断研发新的头孢菌素类药物来应对耐药问题，例如研发了一些对耐药菌仍有较好抗菌活性的新型头孢菌素。
三、不良反应方面
过敏反应：两者都可能引起过敏反应，包括皮疹、瘙痒、药物热、严重的过敏性休克等。青霉素过敏反应的发生率相对较高，且一旦发生过敏性休克，病情往往较为危急。头孢菌素的过敏反应发生率相对青霉素略低，但也有报道显示其过敏反应可表现为多种形式，如荨麻疹、药物热、血管神经性水肿等，严重过敏反应也可出现休克等。在特殊人群中，如既往有青霉素或头孢菌素过敏史的患者，使用时发生过敏反应的风险更高，需要特别谨慎评估。
对肾脏的影响：第一代头孢菌素中的部分药物（如头孢噻啶）对肾脏有一定毒性，可能导致肾小管坏死等肾损害。而第二代、第三代、第四代头孢菌素相对来说对肾脏的毒性较低，但在一些特殊情况下，如大剂量使用、患者存在肾功能不全等情况时，仍需关注对肾脏的影响。对于有肾功能不全的患者，使用时需要根据肾功能情况调整剂量，以避免加重肾脏负担。
胃肠道反应：两者都可能引起胃肠道不适，如恶心、呕吐、腹泻等，但一般程度相对较轻，在停药后多可缓解。不过，对于有胃肠道基础疾病的患者，如胃溃疡、肠炎等患者，使用时可能需要更加注意观察胃肠道反应情况，必要时采取相应的对症措施。
四、药代动力学方面
吸收：青霉素口服易被胃酸破坏，一般需注射给药；而部分头孢菌素可以口服给药，如头孢氨苄等，口服吸收相对较好，但不同头孢菌素的口服生物利用度有所差异。
分布：两者均可分布到多种组织和体液中，但具体的分布情况因药物而异。例如，青霉素在脑脊液中的浓度相对较低，而第三代头孢菌素中的一些药物（如头孢曲松等）可以较好地透过血-脑脊液屏障，在脑脊液中达到较高浓度，适用于中枢神经系统感染的治疗。
代谢与排泄：青霉素主要通过肾脏以原形排泄；头孢菌素的代谢和排泄途径有所不同，部分经肾脏排泄，部分可通过胆汁排泄等，不同代次的头孢菌素代谢和排泄特点有差异，在肾功能不全时，需要根据药物的排泄途径调整用药剂量，以保证药物在体内的有效浓度和安全范围。
