Choć typowa postać wymiotna ma zwykle przebieg samoograniczający, w rzadkich przypadkach ciężkich zatruć opisywano także objawy neurologiczne (np. drgawki, zaburzenia świadomości lub encefalopatię), zwykle współistniejące z innymi powikłaniami narządowymi. Zwracano przy tym uwagę, że neurotoksyczne następstwa mogą wynikać zarówno z bezpośredniej ekspozycji ośrodkowego układu nerwowego na cereulidynę (po przekroczeniu bariery krew-mózg), jak i z pośrednich efektów ogólnoustrojowych związanych z jej silnym działaniem mitochondrialnym. Mechanizm działania Mechanizm toksycznego działania cereulidyny nie jest w pełni poznany, jednak wiąże się go z jej właściwościami jonoforowymi wobec K+ i oddziaływaniem na mitochondria, w tym zmianami ich kształtu oraz nasileniem przewodnictwa związanym z tworzeniem kanałów jonowych selektywnych dla potasu. Następstwem zaburzeń transportu jonów jest rozproszenie (dyssypacja) potencjału błonowego mitochondriów oraz upośledzenie fosforylacji oksydacyjnej, co może prowadzić do uszkodzenia i śmierci komórek. W testach funkcjonalnych wykazywano cytotoksyczne działanie cereulidyny w modelach in vitro z wykorzystaniem komórek ludzkich i zwierzęcych, co wiązano m.in. z jej silnym działaniem mitochondrialnym.