Dari sudut pandang farmasi, penisilin itu sendiri bukanlah alergen yang umum; pengotor yang dihasilkan selama sintesis dan produksi penisilin (penisilin tiazol, penisilin enolat, penisilin amina, dan polimer lainnya) yang menyebabkan alergi pada pasien. Menurut penelitian saat ini, reaksi alergi terhadap penisilin mirip dengan reaksi alergi terhadap obat lain, yaitu akibat semi-antigen yang masuk ke dalam tubuh dan berikatan dengan protein jaringan di dalam tubuh untuk membentuk antigen lengkap, sehingga menstimulasi respons imun di dalam tubuh. Apa zat alergen dalam reaksi alergi penisilin? Dalam penelitian tentang reaksi alergi penisilin, telah ditemukan bahwa molekul penisilin dengan cepat disusun ulang dalam larutan air pada pH 7,5 menjadi asam enolat penisilin, yang kemudian dipecah menjadi asam tiazolat penisilin. Asam tiazol penisilin ini dapat berikatan dengan gamma-globulin dan albumin dalam jaringan manusia untuk membentuk protein tiazol penisilin. Protein tiazol penisilin ini adalah zat alergen utama yang menyebabkan reaksi alergi terhadap penisilin. Antibodi penisilin tiazol dapat diukur dalam serum pasien yang baru saja mengalami reaksi alergi, yang menegaskan peran penting protein penisilin tiazol dalam pembentukan reaksi alergi. Protein tiazol penisilin tidak hanya terbentuk di dalam tubuh manusia, tetapi juga selama produksi atau penyimpanan penisilin, terutama ketika kemurnian larutan penisilin yang dimurnikan itu sendiri mungkin mengandung protein tiazol penisilin atau mengandung lebih banyak kotoran, dan suntikan larutan penisilin ini dapat secara langsung menyebabkan reaksi alergi terhadap penisilin, atau bahkan anafilaksis.