氨基糖苷類抗生素主要用于敏感需氧革蘭陰性桿菌所致的全身感染。雖然近年來有多種cephalosporins和quinolones藥物在臨床廣泛應用，但由于氨基糖苷類抗生素對銅綠假單胞菌、肺炎桿菌、大腸桿菌等常見革蘭陰性桿菌的PAE較長，所以，仍然被用于治療需氧革蘭陰性桿菌所致的嚴重感染，如腦膜炎、呼吸道、泌尿道、皮膚軟組織、胃腸道、燒傷、創傷及骨關節感染等。
對于敗血癥、肺炎、腦膜炎等革蘭陰性桿菌引起的嚴重感染，單獨應用氨基糖苷類抗生素治療時可能療效不佳，此時需聯合應用其他對革蘭陰性桿菌具有強大抗菌活性的抗菌藥，如廣譜半合成penicillins、第三代cephalosporins及quinolones等。