头孢菌素对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有一定的作用，不过不同的头孢菌素对这两类细菌作用的强弱也有不同。目前头孢菌素类抗生素一共有五代，每代包含数种药品，第一代头孢菌素对革兰氏阳性菌作用十分强大，但对革兰氏阴性菌作用较差，代表品中有头孢拉定、头孢唑林、头孢氨苄和头孢羟氨苄。第二代头孢菌素对革兰氏阳性菌作用与第一代相似，对革兰氏阴性菌作用有所加强，代表药物有头孢呋辛、头孢孟多、头孢克洛、头孢丙烯等。
第三代头孢菌素主要特点是对革兰氏阴性菌作用十分强大，但是对革兰氏阳性球菌作用不如第一代和第二代，代表药物有头孢噻肟、头孢克肟、头孢泊肟、头孢他啶、头孢哌酮、头孢曲松。第四代和第五代头孢菌素，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌作用均十分明显，第四代头孢菌素的代表药物有头孢吡肟、头孢匹罗，第五代头孢菌素代表药物是头孢洛林、头孢托罗。