1、遺傳毒性：體外細菌恢復突變試驗、中國倉鼠卵母細胞染色體畸變實驗、小鼠淋巴細胞正向突變實驗或小鼠體內微核實驗中，西羅莫司均未顯示有遺傳毒性。
2、生殖毒性：雌性大鼠給予西羅莫司達0.5 mg/kg (按體表面積折算，約為臨床劑量的1到3倍)，對生育力沒有影響；雄性大鼠給予2 mg/kg西羅莫司，結果對其生育力也無明顯影響。大鼠在0.65 mg/kg及其以上劑量，猴0.1 mg/kg及其以上劑量(按體表面積折算，約為臨床劑量的0.4到1倍)時，發現試驗動物的睪丸重量減輕和/或有組織學損傷(如管狀萎縮及管狀巨細胞)。大鼠連續13周給予西羅莫司6 mg/kg(按體表面積折算，約為臨床劑量的12到32倍)，出現精子數量下降，但停藥3個月后有所恢復。
給予大鼠0.1 mg/kg及其以上劑量時，西羅莫司顯示有胚胎/胎仔毒性作用，表現為胎仔死亡及體重降低(與骨骼骨化延遲有關)。但尚無西羅莫司致畸作用的證據。與西羅莫司單獨使用相比，西羅莫司與環孢菌素合用出現大鼠胚胎/胎仔的死亡率增加。母體毒性劑量0.05 mg/kg(按體表面積折算，約為臨床劑量的0.3倍到0.8倍)時對家兔發育沒有影響。
3、致癌性：一項為期86周，劑量0、12.5、25和50/6 mg/kg（由于免疫抑制引發的繼發性感染，31周時，劑量由50降到6 mg/kg）（按體表面積折算，約為臨床劑量的16到135倍）的雌性小鼠研究中，各劑量組惡性淋巴瘤發生率比對照組的顯著升高。另一項小鼠研究中，西羅莫司劑量為0、1、3和6mg/kg（按體表面積折算，約為臨床劑量的3到16倍）時，肝細胞腺瘤和癌（雄性）的發生被認為與西羅莫司有關。在為期104周，劑量0、0.05、0.1、0.2mg/kg（按體表面積折算，約為臨床劑量的0.4到1倍）的大鼠研究中，0.2mg/kg/d組大鼠的睪丸腺瘤發生率顯著升高。