Adrenalina przyspiesza czynność serca jednocześnie zwiększając jego pojemność minutową, w nieznaczny sposób wpływając na rozszerzenie naczyń wieńcowych; rozszerza źrenice, a także krtań i oskrzela ułatwiając oraz przyspieszając oddychanie. Mobilizuje także spalanie tkanki tłuszczowej przez aktywację lipaz. Ponadto hamuje perystaltykę jelit, wydzielanie soków trawiennych i śliny oraz obniża napięcie mięśni gładkich.

Adrenalina jako hormon działa antagonistycznie w stosunku do insuliny: przyspiesza glikogenolizę, zwiększając stężenie glukozy w krwi. Wyrzut adrenaliny do krwi jest jednym z mechanizmów uruchamianych przy hipoglikemii. Zwiększa ciśnienie rozkurczowe w aorcie oraz zwiększa przepływ mózgowy i wieńcowy. Poprawia przewodnictwo i automatykę w układzie bodźcotwórczo-przewodzącym. Zwiększa amplitudę migotania komór, przez co wspomaga defibrylację.

Podobne działanie do adrenaliny wykazuje pokrewna jej noradrenalina. Noradrenalina stosowana w ciężkich stanach niewydolności krążenia również podnosi ciśnienie krwi oraz poziom glukozy, jednak nie wpływa w ogóle na przemianę materii.

Zastosowanie lecznicze