Toksyczność ostra
Wartość LD₅₀ dla chlorowodorku oksymetazoliny w badaniach na szczurach wynosi 0,9 mg/kg po podaniu dożylnym i 1,3 mg/kg po podaniu doustnym. LD₅₀ dla myszy wynosi 9,2 mg/kg (i.v.) i 26 mg/kg (p.o.). Ostre zatruciecharakteryzuje się piloerekcją (podniesienie się włosów), wytrzeszczem, rozszerzeniem źrenic i krwawieniem z nosa.
Po większych dawkach obserwowano bladość, łagodną sinicę i zmniejszenie ruchliwości. W stanie terminalnym występowały drgawki spowodowane duszeniem się.

Toksyczność podostra
Psy dobrze znosiły podawanie donosowe dawek 0,6 ml 0,05% roztworu chlorowodorku oksymetazoliny (0,3 mg chlorowodorku oksymetazoliny) 3 razy na dobę przez 13 tygodni. Nie obserwowano żadnych niepożądanych reakcji ogólnych ani zmian miejscowych błony śluzowej. Nie stwierdzono żadnych charakterystycznych zmian w EKG ani w obrębie oka. Badane dawki były około 60-krotnie większe niż dawki stosowane u ludzi.

Toksyczność przewlekła
Psom podawano donosowo 0,06 ml i 0,24 ml 0,05% roztworu chlorowodorku oksymetazoliny 2 razy na dobę przez rok. Nie stwierdzono działań toksycznych. Stosowane dawki były około trzykrotnie większe niż dawki stosowane u ludzi.

Toksyczność reprodukcyjna.
Badania przeprowadzono na szczurach. Oksymetazolina w dawkach 0,08 mg/kg i 0,24 mg/kg podawana podskórnie od 6. i 15. dnia po kopulacji nie powodowała zaburzeń somatycznych u potomstwa. Obserwowano niewielką różnicę w liczbie zresorbowanych płodów, która jednak nie była znamienna. Badane dawki były odpowiednio 25-krotnie i 75-krotnie większe niż dawki zalecane u człowieka.

Działanie mutagenne i rakotwórcze
Brak danych dotyczących działania mutagennego i rakotwórczego oksymetazoliny.