儿茶酚胺的生理作用是可以通过兴奋α受体收缩血管，主要表现为小动脉和小静脉的血管收缩，以皮肤黏膜为主要表现，对肾脏血管也有一定作用。对于心血管系统，儿茶酚胺可以增加冠状动脉舒张，增加心脏的跳动频率，增加心搏量，加快心脏跳动。
对于内脏黏膜，儿茶酚胺可以通过β受体使内脏黏膜的平滑肌舒张，通过α受体使内脏黏膜平滑肌收缩。儿茶酚胺还可以作用于体内激素，使胰岛素、胰高血糖素以及甲状腺激素分泌增加，儿茶酚胺还可以作用于体内的基础代谢，使机体产热以及氧耗量增加，提高身体的新陈代谢。
儿茶酚胺对身体的作用较为重要，有些疾病导致儿茶酚胺异常分泌，超过生理剂量，如嗜铬细胞瘤和副神经节瘤，嗜铬细胞瘤和副神经节瘤分别起源于肾上腺髓质和肾上腺髓质以外的副神经节系统，由于它们的过度分泌，导致身体出现不适症状，这个时候需要寻找原发病灶进行积极治疗。
