En alguns casos hom recorre a l’associació o combinació de dos o més antibiòtics, per al tractament d’un procés infecciós. Entre les circumstàncies que amb més freqüència obliguen a aquesta mena de tractament combinat, cal destacar la necessitat d’ampliar l’espectre d’acció dels antibiòtics, quan s’ha de combatre un procés infecciós seriós, provocat per un microorganisme encara no identificat, com és el cas freqüent en les fases inicials del tractament de la septicèmia, o d’infecció massiva de la sang; l’intent de retardar l’eventual aparició d’un fenomen de resistència bacteriana en el decurs de tractaments antibiòtics prolongats, com ocorre en el tractament de la tuberculosi, en què s’hi administren conjuntament 3 o 4 tipus d’antibiòtics; o la necessitat de reduir les dosis d’un dels antibiòtics que s’utilitzen, per a prevenir l’aparició d’efectes indesitjables.
Quan es planifica un tractament antibiòtic combinat hom intenta de seleccionar antibiòtics que actuïn de manera sinèrgica, és a dir que l’efecte antimicrobià de cadascun resulti recíprocament potenciat. Es considera que dos tipus d’antibiòtics actuen de manera sinèrgica quan l’efecte antimicrobià de cadascun d’ells s’exerceix sobre una estructura en una fase— distinta dels microorganismes contra els quals van dirigits. Per exemple, les penicil·lines actuen de manera sinèrgica amb els aminoglucòsids, ja que les primeres actuen contra la paret cel·lular, alhora que els segons ho fan sobre els ribosomes i la membrana cel·lular; no procedeixen sinèrgicament, però, amb les cefalosporines, que també actuen sobre la paret cel·lular. Tampoc no és útil, en general, la combinació d’un fàrmac bacteriostàtic amb un altre de bactericida, ja que l’un tendeix a inhibir la proliferació dels gèrmens i impedeix l’acció destructiva de l’altre.
Per tant, quan se segueix un tractament antibiòtic combinat, és essencial de respectar escrupolosament les indicacions del metge, quant a dosis, intervals entre dosis i durada del tractament, ja que l’excés o el dèficit en la concentració d’una d’aquestes drogues en l’organisme, ni que sigui durant lapses de temps breus, pot causar el fracàs del tractament.
D’altra banda, hi ha circumstàncies en què l’administració d’un determinat antibiòtic conjuntament amb medicaments d’un altre tipus pot resultar perjudicial, perquè la metabolització o l’excreció d’un o altre podrien ésser interferides, amb la qual cosa resultarien ineficaços, o, al contrari, assolirien concentracions potencialment tòxiques.