第壹代頭孢菌素
較早開發，抗菌活性較強，抗菌譜較窄，抗革蘭氏陽性菌作用優於革蘭氏陰性菌。對金葡菌產生的β-內酰胺酶穩定，對陰性桿菌產生的β-內酰胺酶不穩定,仍能被許多革蘭氏陰性桿菌產生的β-內酰胺酶所破壞。以頭孢唑啉(原名先鋒 V號)為代表的第壹代頭孢菌素兼備青黴素、耐酶青黴素和氨芐青黴素的三重特點。它們對金葡菌、鏈球菌（腸球菌除外）等革蘭氏陽性菌具有較強的活性，優於第二、三代頭孢菌素。
由於第壹代頭孢菌素對革蘭氏陰性菌產生的 β-內酰胺酶穩定性較差，所以在抗革蘭氏陰性桿菌方面不及第二、三代頭孢菌素。它們僅對沙門氏菌屬和痢疾桿菌有良好的抗菌作用。對大腸桿菌、克雷伯氏桿菌、枸櫞酸桿菌具有壹定的抗菌作用。對吲哚陽性變形桿菌和產氣桿菌的作用較差。對塞拉蒂（原譯沙雷）氏菌、不動桿菌、綠膿桿菌和糞鏈球菌耐藥或無抗菌作用。
第壹代頭孢菌素主要應用於革蘭氏陽性菌感染，治療革蘭氏陰性桿菌感染常需與氨基糖苷類抗生素聯合應用。
第壹代頭孢菌素按給藥途徑可分為註射和口服兩類：①註射用頭孢菌素類。代謝型的頭孢噻吩(先鋒Ⅰ號)抗革蘭氏陽性菌作用較強，但在體內代謝快，所以半衰期較短（僅0.5小時）,維持時間短。非代謝型註射用頭孢菌素頭孢噻啶（先鋒Ⅱ號）抗革蘭氏陽性菌最強。但由於腎毒性較大，已趨向淘汰;頭孢唑啉（先鋒V號）和頭孢拉定（先鋒Ⅵ號）是臨床上最常用的第壹代註射用頭孢菌素。②口服頭孢菌素類。包括頭孢氨芐、頭孢拉定、頭孢羥氨芐、頭孢克羅，其抗菌作用強度依序漸增。
第二代頭孢菌素
除保留了第壹代的對革蘭氏陽性菌的作用外,由於它們對革蘭氏陰性桿菌產生的β-內酰胺酶較第壹代穩定,抗菌譜也較第壹代廣,所以顯著地擴大和提高了對革蘭氏陰性桿菌作用。對革蘭氏陽性細菌,除對痢疾桿菌和沙門氏菌顯示較強的抗菌活性外，對大腸桿菌、肺炎桿菌的抗菌作用優於第壹代頭孢菌素。它們對第壹代頭孢菌素抗菌作用較差的變形桿菌和產氣桿菌亦有壹定的抗菌活性，對不動桿菌的抗菌作用較差。對綠膿桿菌和糞鏈球菌均無抗菌活性。對金葡菌、腦膜炎球菌具有很強的抗菌活性，與第壹代頭孢菌素相近。
第二代頭孢菌素按化學結構可分為兩小類，即酰胺型頭孢烯和頭黴素類。①酰胺型頭孢烯類。包括頭孢孟多、頭孢替安和肟型的頭孢呋新。頭孢孟多抗革蘭氏陽性菌的活性較第壹代的頭孢唑啉稍差，而抗革蘭氏陰性桿菌的作用優於第壹代頭孢菌素。頭孢替安抗革蘭氏陽性菌的活性與頭孢孟多相似，而對革蘭氏陰性桿菌中的大腸桿菌、肺炎桿菌和奇異變形桿菌等的抗菌作用則優於頭孢孟多和頭胞西丁。頭孢呋新抗革蘭氏陽性菌的活性與頭孢孟多相似。由於在7-β位上有順式構型的甲氧亞基（肟型）的結構，妨礙β-內酰胺酶分子接近β-內酰胺環,因而能耐受β-內酰胺酶水解。對葡萄球菌和某些革蘭氏陰性桿菌產生的β -內酰胺酶較頭孢孟多穩定。②頭黴素類。在第二代頭孢中有頭黴素類（甲氧基型頭孢）的頭孢美唑、頭孢西丁和頭孢替坦。由於它們在7-α 位上具有甲氧基，所以具有抗厭氧菌和需氧菌的雙重廣譜特性，且對革蘭氏陰性菌產生的 β-內酰胺酶較穩定。外科和婦產科以厭氧菌和需氧菌的混合感染較為多見，而頭黴素類藥物是值得選用的藥物。這些7-α 甲氧基型頭孢菌素對粘質塞拉蒂氏菌、吲哚陽性變形桿菌、耐β- 內酰胺類的革蘭氏陰性桿菌和厭氧如擬桿菌的活力均高於無 7-α甲氧基的同系物。與肟型頭孢菌素相比，甲氧基型頭孢菌素對頭孢菌素酶的水解具有較高的抵抗力，同時對此酶也有抑制活力。在頭黴素中頭孢美唑在抗菌譜和抗菌活力兩方面都優於頭孢西丁。
第三代頭孢菌素
對多種β-內酰胺酶穩定,對革蘭氏陽性菌和陰性菌均有顯著的抗菌活性。與第壹、二代相比，其抗菌譜更廣，抗菌活性更強。特別對革蘭氏陰性桿菌的抗菌譜廣、抗菌作用強。有些品種對綠膿桿菌或脆弱擬桿菌亦有很好的抗菌作用。
它們除對痢疾桿菌、沙門氏桿菌有高度抗菌活性外，對大腸桿菌、肺炎桿菌、變形桿菌、產氣桿菌等均有顯著的抗菌作用。其抗菌活性均優於第壹、二代頭孢菌素。它們對塞拉蒂氏菌也有很好的抗菌作用。第三代頭孢菌素對產酶和不產酶金葡菌壹般是敏感或中敏。對金葡菌的抗菌活性雖不及第壹、二代頭孢菌素為強，但仍屬有效範圍。它們對糞鏈球菌抗菌活性亦差。對腦膜炎球菌顯示了極為突出的抗菌活性。
第三代頭孢菌素按化學結構可分為三小類：①酰胺型頭孢烯類。包括氨噻肟型和哌嗪型兩類。氨噻肟型頭孢菌素包括頭孢噻肟、頭孢唑肟、頭孢曲松和頭孢他啶等。由於有氨噻肟基,所以對β-內酰胺酶穩定。前四種抗菌譜廣，抗菌作用強，而頭孢他定由於有羧基，所以有較強抗綠膿桿菌作用，在頭孢菌素中，抗綠膿桿菌活性最強，其作用高於頭孢哌酮。頭孢三嗪是長效頭孢菌素。哌嗪型的頭孢哌酮抗菌譜廣，且具有抗綠膿桿菌作用,但對β-內酰胺酶的穩定性較氨噻肟型和甲氨基型弱。②頭黴素類。包括頭孢米諾等，兼具抗厭氧和需氧的雙重特性，與第二代頭孢的頭孢美唑相比其抗革蘭氏陰性菌的作用更強、抗菌譜更廣，但對金葡菌的活性較低。③氧頭黴素。亦屬頭黴素，拉他頭孢兼具抗厭氧和抗需氧菌的雙重廣譜作用，並對 β-內酰胺酶穩定，但有時有出血的不良反應，所以合成氟莫頭孢。與拉他頭孢相比，後者抗金葡菌的活性較低，而前者對各種細菌的活性都是高的，特別是對耐甲氧西林的金葡菌具有較高的活性。當然兩者抗綠膿桿菌的活性較低。
第四代頭孢菌素
這是近幾年才出現的新品種頭孢菌素，對多種β-內酰胺酶的穩定性很好。與第三代頭孢菌素相比，對革蘭氏陽性菌的抗菌作用有了相當大的提高（但仍未有第壹、第二代頭孢菌素強），對革蘭氏陰性菌的作用也不比第三代頭孢菌素差。由此可見，這類抗生素的抗菌譜極廣，對多種革蘭氏陽性菌（包括厭氧菌）陰性菌（包括厭氧菌）都有很強的抗菌作用。目前我國壹般作為三線抗菌藥物（特殊使用類）來使用，以治療多種細菌的混合感染或多重耐藥菌感染引起的疾病。代表藥品有頭孢匹羅、頭孢唑南等。但是，由於抗生素的濫用，對第四代頭孢菌素耐藥的細菌也開始增多，如鮑曼不動桿菌、綠膿桿菌等，都已顯示出較高的耐藥性。