第二代头孢菌素提高了对G-杆菌产生的内酰胺酶稳定性，抗菌作用加强；对G-菌的抗菌作用比第一代强，抗菌谱也较广，对G+球菌抗菌活性较好，与第一代相比，不良反应降低。对厌氧菌疗效增加；对铜绿假单胞菌、绿脓杆菌与第一代相同（疗效不佳）；与第一代相比，肾毒性有所降低。代表药物主要有：头孢呋辛及头孢克洛等。

第三代头孢菌素与前两代相比，第三代头孢菌素对G+球菌的活性降低，增强了对G-杆菌内酰胺酶的稳定性，有高效抗G-杆菌作用，明显优于第一、二代；抗菌谱明显扩大，增加了对厌氧菌及铜绿假单胞菌的抗菌作用。第三代头孢菌素可到达不同组织、滑膜腔、体液，对于脑膜炎症患者可直达患者脑脊液；无肾毒性。代表药物主要有：头孢地尼、头孢克肟等口服药物；头孢他啶及头孢哌酮等注射药物。第三代头孢菌素是在医院内应用最多的头孢菌素，根据其杀灭革兰阴性杆菌的特点分为两类。一类以杀灭肠杆菌科细菌如大肠杆菌、变形杆菌、克雷伯杆菌为主，亦有杀灭革兰阳性菌的作用，常用的有头孢三嗪（头孢曲松，又称为菌必治）、头孢噻肟等；另一类以杀灭铜绿假单胞菌（又称绿脓杆菌）为主，亦包括其他革兰阴性杆菌，常用的有头孢哌酮和头孢他啶。

第四代头孢菌素较第三代对G+球菌抗菌活性增强，但不如第一、二代。与第一、二代相比，对柠檬酸菌属及沙雷菌属等疗效显著；在细菌细胞壁穿透性方面显着强于第三代。对耐药菌的抗菌作用增强，临床多用于重症细菌感染。代表药物主要有：头孢匹罗、头孢吡肟等。