อะมิกาซินมีอาการไม่พึงประสงค์ที่คล้ายคลึงกันกับยาอื่นในกลุ่มอะมิโนไกลโคไซด์ โดยอาการไม่พึงประสงค์ที่สำคัญและมีความรุนแรงมากจนต้องได้รับการเฝ้าระวังและติดตามการเกิดอาการดังกล่าวอย่างใกล้ชิดคือ การเกิดพิษต่อไต และการเกิดพิษต่อหู ซึ่งอาจเกิดขึ้นอย่างรุนแรงจนทำให้หูหนวกถาวรได้ โดยอาการไม่พึงประสงค์ดังข้างต้นมีอุบัติการณ์การเกิดประมาณร้อยละ 1–10% ของผู้ที่ได้รับการรักษาด้วยยาใดๆในกลุ่มอะมิโนไกลโคไซด์ทั้งหมด[12] โดยกลไกการเกิดคาดว่าเป็นผลมาจากการที่มียาดังกล่าวสะสมในไตและหูชั้นในมากเกินไป จนทำให้เกิดพยาธิสภาพในอวัยวะดังกล่าว[1]

การใช้ยาอะมิกาซินในขนาดที่สูงหรือใช้ในระยะเวลาที่ยาวนานเกินกว่าที่กำหนดไว้ในแนวทางการรักษาอาจทำให้เกิดพิษต่อระบบประสาท โดยอาการแสดงที่เกิดขึ้นจากความผิดปกติดังกล่าว ได้แก่ อาการรู้สึกหมุน, ชา, รู้สึกเหมือนเข็มทิ่มตามผิวหนัง, กล้ามเนื้อกระตุก, และชัก.[2] หากเกิดพิษต่อเส้นประสาทสมองคู่ที่ 8 (vestibulocochlear nerve) จะทำให้เกิดภาวะพิษต่อหู ซึ่งจะมีอาการแสดงที่สำคัญ คือ สูญเสียการทรงตัว และสูญเสียการได้ยิน[1] ความเสียหายที่เกิดต่อคอเคลียนั้นมีสาเหตุมาจากการที่ยาเหนี่ยวนำให้เกิดการอะพอพโทซิสของเซลล์ขน ทำให้หูสูญเสียความสามารถในการรับรู้เสี่ยงคลื่นความถี่สูงไป และความผิดปกตินี้มักจะเกิดขึ้นก่อนที่จะมีอาการแสดงอื่นๆที่บ่งบอกถึงการสูญเสียการได้ยิน[9][23] ส่วนความเสียหายที่เกิดต่อเวสติบูลนั้น คาดว่าน่าจะมาจากมีอนุมูลอิสระถูกสร้างขึ้นมามากเกินไป ทั้งนี้ ความผิดปกติข้างต้นที่กล่าวนั้นพบว่ามีความสัมพันธ์กับการได้รับการรักษาด้วยยากลุ่มอะมิโนไกลโคไซด์เป็นระยะเวลานานเกินไปมากกว่าการได้รับยาเกินขนาด ดังนั้น การลดระยะเวลาในการใช้ยากลุ่มอะมิโนไกลโคไซด์จึงสามารถช่วยลดความเสี่ยงในการเกิดพิษหรืออาการไม่พึงประสงค์ที่รุนแรงดังข้างต้นได้[24]

อะมิกาซินสามารถก่อให้เกิดพิษต่อไตได้ โดยการสร้างความเสียหายให้เกิดกับหลอดไตฝอยส่วนต้น (proximal tubule) เนื่องจากอะมิกาซินสามารถถูกทำให้เป็นประจุบวกได้ง่าย และอะมิกาซินที่เป็นประจุบวกนี้จะเข้าจับกับส่วนที่เป็นประจุลบของเซลล์เยื่อบุหลอดไตฝอยส่วนต้น และถูกนำเข้าสู่เซลล์กระบวนการพิโนไซโตซิส ทั้งนี้ ความเข้มข้นของอะมิกาซินในเนื้อไตชั้นนอก (renal cortex) นั้นจะมีค่าสูงกว่าความเข้มข้นของยาดังกล่าวในกระแสเลือดสูงถึง 10 เท่า[20] โดยยานี้จะเข้าไปรบกวนการเปลี่ยนแปลงฟอสโฟลิพิดในไลโซโซม ซึ่งจะทำให้เอนไซม์ไลติคชนิดต่างๆ ถูกปล่อยจากไลโซโซมเข้าสู่ไซโทพลาซึม จนทำให้เกิดความเสียกับเซลล์นั้นทั้งเซลล์[1] ภาวะการเกิดพิษต่อไตของอะมิกาซินนี้จะทำให้ระดับครีอะตินีนในเลือด, ปริมาณไนโตรเจนในกระแสเลือด, เซลล์เม็ดเลือดแดง, และ เซลล์เม็ดเลือดขาว เพิ่มสูงขึ้น รวมไปถึงทำให้เกิดความผิดปกติเหล่านี้ได้ อาทิ ภาวะที่มีโปรตีนแอลบูมินในปัสสาวะ (albuminuria), ภาวะที่มีน้ำตาลกลูโคสในปัสสาวะ (glycosuria), ความถ่วงจำเพาะของปัสสาวะลดลง, ภาวะร่างกายสร้างปัสสาวะน้อยลง (oliguria) เป็นต้น[9][23] ในบางครั้งอาจเกิดคาสต์ในปัสสาวะ (Urinary cast) ได้เช่นกัน[1] การเปลี่ยนแปลงของการทำงานของหลอดไตฝอย (renal tubular) ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของระดับอิเล็กโทรไลต์ และสมดุลกรด–เบสของร่างกาย นำไปสู่การเกิดภาวะที่มีโพแทสเซียมในเลือดต่ำ (hypokalemia) และเลือดเป็นกรด หรือเลือดเป็นด่างได้[24] การเกิดพิษต่อไตจากอะมิกาซินมักจะเกิดขึ้นได้ง่ายในผู้ที่มีภาวะที่มีโพแทสเซียมในเลือดต่ำ, ภาวะที่มีแคลเซียมในเลือดต่ำ, ภาวะที่มีแมกนีเซียมในเลือดต่ำ, เลือดเป็นกรด, อัตราการกรองของไตต่ำ, เบาหวาน, ภาวะที่ร่างกายขาดน้ำ, ไข้, และภาวะพิษเหตุติดเชื้อ อยู่ก่อนหน้าแล้ว รวมไปถึงผู้อยู่ระหว่างการรับประทานยาที่มียับยั้งการสร้างโพรสตาแกลนดินด้วย[1][2][24][20] โดยปกติแล้ว อาการพิษนี้มักหายเป็นปกติหลังจากการสิ้นสุดการรักษาด้วยอะมิกาซิน[1] และสามารถหลีกเลี่ยงการเกิดพิษดังกล่าวได้ด้วยการไม่บริหารยาให้กับผู้ป่วยบ่อยครั้งเกินไป (เช่น บริหารยาให้แค่วันละ 1 ครั้ง หรือทุก 24 ชั่วโมง แทนที่จะใช้การบริหารยาแบบทุกๆ 8 ชั่วโมง)[20]

นอกจากนี้อะมิกาซินยังสามารถทำให้ภาวะหย่อนของกล้ามเนื้อ (neuromuscular blockade) ได้ รวมไปถึงการทำให้เกิดภาวะกล้ามเนื้ออ่อนแรงเฉียบพลัน (acute muscular paralysis) ซึ่งอาจรุนแรงจนทำให้เกิดการอ่อนแรงของกล้ามเนื้อที่ควบคุมระบบทางเดินหาย จนอาจทำให้เกิดการหยุดหายใจได้ (apnea)[2] ส่วนอาการไม่พึงประสงค์อื่นที่อาจเกิดได้จากการได้รับการรักษาด้วยอะมิกาซิน ได้แก่ ภาวะภูมิไวเกิน, เกิดผื่นบนผิวหนัง, ไข้, ปวดศีรษะ, สั่น, คลื่นไส้และอาเจียน, ภาวะอีโอซิโนฟิลในเลือดสูง, [ปวดในข้อ]], โลหิตจาง, ความดันโลหิตต่ำ, และภาวะที่มีแมกนีเซียมในเลือดต่ำ ซึ่งอาการไม่พึงประสงค์ดังข้างต้นนั้นสามารถเกิดขึ้นได้น้อยกว่าร้อยละ 1 ของผู้ที่ได้รับการรักษาด้วยอะมิกาซิน ส่วนการบริหารยาอะมิกาซินด้วยการฉีดเข้าดวงตานั้น สามารถทำให้เกิดการสูญเสียการมองเห็นอย่างถาวรได้[9][12]