哺乳動物細胞培養分析的體外研究發現，僅在細胞毒性濃度和伴隨代謝活化條件下，芬太尼表現出與其它阿片類鎮痛藥一樣的致突變作用。在嚙齒類動物體內研究和細菌分析中，無證據顯示芬太尼有致突變性。在一項大鼠致癌性的2年研究中，雄性和雌性大鼠皮下注射劑量分別最高達到33μg/kg/day和100μg/kg/day（通過AUC0-24H的比較，相當于人類使用100μg/h的貼劑，每日暴露劑量的0.16和0.39倍），沒有觀察到芬太尼和腫瘤發生率上升的相關性。
對雌性大鼠進行的一些試驗中，顯示芬太尼引起了生育力降低及胚胎死亡。這些發現與藥物對母體產生的毒性有關，但藥物對發育中的胚胎并無直接影響。沒有致畸性的證據。