氯喹主要對瘧原蟲的紅內期起作用，可能係幹擾了瘧原蟲裂殖體DNA的複製與轉錄過程或阻礙了其內吞作用，從而使蟲體由於缺乏氨基酸而死亡。本品能有效地控製瘧疾症狀發作。對紅外期無作用，不能阻止複發，但因作用較持久，故能使複發推遲（惡性瘧因無紅外期，故能被根治）。對原發性紅外期也無效，對配子體也無直接作用，故不能作病因預防，也不能阻斷傳播。臨床發現有相當一部分惡性瘧原蟲對本品產生了耐藥性，使本品療效降低，因此在很多情況下需改用其它抗瘧藥或聯合用藥。
氯喹中毒嚴重者可發生昏迷、休克、呼吸抑製及心搏驟停。因本品能通過胎盤進入胎兒體內，致使胎兒耳聾及畸形，故孕婦禁用。
氯喹應用一般治療劑量的副作用，可有惡心、嘔吐、口腔及上腹部燒灼感，頭痛、頭暈、耳鳴、視力障礙、皮膚瘙癢、紫癜、皮疹等；偶有不自主運動、心室顫動；誤用大量發生中毒時，尚可有呼吸和脈搏加快、血壓下降、嗜睡、昏迷、驚厥、心律失常；甚至發生阿-斯綜合症（此種情況偶亦見於應用一般治療劑量時），導致心髒驟停，或因呼吸衰竭致死；此外，葡萄糖-6-磷酸脫氫酶缺乏病兒應用氯喹後可發生溶血而致急性腎功能衰竭。
長期用藥可引起視網膜病，出現視覺障礙如視物模糊、複視、畏光、甚至失明；並可發生耳鳴、耳聾等；其他尚有皮疹、皮炎、紫癜、脫毛、色素沉著或毛發變白；白細胞、粒細胞、血小板或全血細胞減少，中毒性精神病；少數病例發生肌無力、眼瞼下垂、咀嚼及吞咽困難。
氯喹中毒患者主要是由於治療瘧原蟲感染時用藥不當而引起的，避免原發病，一旦感染用藥時注意嚴格掌握適應症，長期用藥應注意其副作用和毒性反應
氯喹中毒需要問清患者病史、用藥史，再結合臨床症狀，通過以下檢查結果進行診斷。
1、生化檢查
可發生粒性白細胞及血小板減少。
2、心電圖
可有T波平坦，Q-T間期延長或S-T段升高。
在口服過量中毒後，可用肥皂水來催吐，而後大量飲水。治療後患者飲食宜清淡，少吃油膩、刺激性物質，注意飲食合理搭配，營養豐富。
氯喹應用治療劑量發生的一般毒性反應，停藥後逐漸恢複。嘔吐嚴重者適當補液並用止吐劑，不自主運動可用安定、氯丙嗪等。口服過量時，立即催吐、洗胃（可用2％碳酸氫鈉或1：5000高錳酸鉀溶液）和導瀉，靜脈輸液促進毒物排泄，並用維生素C，必要時加甘露醇和速尿。口服氯化銨亦可酸化尿液，促進氯喹排泄。重症中毒可用二巰基丙醇，每次2.5～3mg/kg，肌注一日4～6次，持續3日，以後每12小時注射1次，持續10天。如發生心髒傳導阻滯、血壓降低時，可用異丙腎上腺素加入葡萄糖溶液內緩慢靜注，至心搏有力，心率接近正常，血壓回升時，改用靜滴維持，根據心率和血壓情況，調整滴速。目前大多認為應用阿托品效果較好，因既可對抗氯喹對心髒的抑製，改善心髒傳導功能，又可減少腺體分泌，緩解平滑肌痙攣。如已發生心室顫動或心搏驟停，治療方法見危重情況急救處理篇。其他為對症處理。