通常來說，三種藥品被用於註射死刑：硫噴妥鈉使意識喪失，巴夫龍導致肌肉麻痹和呼吸衰竭，氯化鉀刺激心肌，使心臟快速跳動，使得其他藥物迅速布滿全身，起著輔助加速作用。
(壹)硫噴妥鈉
硫噴妥鈉是壹種發作極快的巴比妥酸鹽，經常用於麻醉。壹般的麻醉用量是3－5毫克/千克體重。正常劑量能讓意識在35－40秒內喪失，而5克（正常劑量的14倍）很有可能在十秒內讓人失去知覺。
硫噴妥鈉在幾秒鐘內會到達大腦，而全部的劑量需要大約30秒鐘。在這個標準，當用藥時，犯人已經失去意識了。在5－20分鐘內，大腦內的藥物劑量將會下降到總劑量的15%，因為藥物擴散到了全身。
這種藥物的半衰期是11.5小時，到那時大腦內的藥物劑量保持在總劑量的5%－10%。當用了“特大劑量”的藥物時，就像在國家批準的致命性註射中的那樣，藥物擴散到全身之後腦內的藥物濃度仍比正常麻醉時最高的濃度要高。這就是為什麽壹種發作極快的巴比妥酸鹽，比如硫噴妥鈉，可以用於長時間的醫學性昏迷。
在歷史上，硫噴妥鈉是最常用的麻醉劑之壹。不同時候的用量不同，但正常的劑量在500毫克至1.5克之間。這種數據曾被用來制定致命性註射的國家準則。大部分的國家用5克，以保證有效。
巴比妥酸鹽也用於安樂死，但安樂死只運用壹種藥劑，而不是死刑執行中的三種。在安樂死中，通常的藥劑用量是1.5克。
(二)巴夫龍
巴夫龍是壹種非去極化的肌肉松弛劑，在神經肌肉末端的交叉點阻止乙酰膽堿的傳送，這會導致肌肉纖維的收縮；非去極化的藥物則阻止這壹點。
致命性註射中的巴夫龍劑量通常是0.2毫克/千克體重，肌肉松弛的持續時間大約是4－8小時。呼吸肌的麻痹將會在壹個比這短得多的時間內導致死亡。
其他在運用的藥物包括氯筒箭毒堿和氯琥珀膽堿。
(三)氯化鉀
鉀是壹種電解質，於人體中98%存在於細胞內，細胞外的2%則可以導致細胞電勢的活動。它可以口服——這是最安全的方式；也可以通過靜脈輸入人體，但這種方式有嚴格的規定，醫院也限制其劑量。
通常靜脈註射的劑量是每小時10－20mEq，輸入得很慢，因為讓細胞內外的電解質濃度平衡需要時間。當用於國家批準的致命性註射時，大劑量的鉀影響了心肌的電傳導。血鉀過多讓心肌細胞的電勢低於正常水平（帶正電）。如果沒有負電勢，心臟細胞則不能得到刺激並引發收縮。
將肌肉細胞去極化，通過減少可用的鈉通道，抑制了它活動的能力。心電圖的改變包括更快的復極化（達到頂峰的T波），PR間隔延長，QRS變寬，可能形成正弦波以及最終的心律停止。病人死於血鉀過多的案例（僅次於腎衰竭）在醫學界中十分有名。在這種案例中，病人通常迅速死亡，雖然前壹秒鐘可能看起來還好好的。
氯化鉀也用於特定情況下的墮胎。
法律依據
《中華人民***和國刑法》
第四十八條 死刑、死緩的適用對象及核準程序死刑只適用於罪行極其嚴重的犯罪分子。對於應當判處死刑的犯罪分子，如果不是必須立即執行的，可以判處死刑同時宣告緩期二年執行。
死刑除依法由最高人民法院判決的以外，都應當報請最高人民法院核準。死刑緩期執行的，可以由高級人民法院判決或者核準。