Thuốc mê có tác dụng ức chế vỏ não, người ta cho rằng đó là sự ức chế hoạt động điện sinh học của vỏ não. Do vậy đã chế ngự một cách tổng quát và có thứ tự các lớp thần kinh trung ương từ vỏ não xuống và từ tủy sống lên, cuối cùng hợp điểm ở hành tủy. Chính vì vậy mà tác dụng của thuốc mê thể hiện qua 4 giai đoạn như sau:
1) Giai đoạn giảm đau: thuốc mê ức chế vỏ não, làm mất cảm giác đau. Song sự ức chế ở giai đoạn này chưa hoàn toàn, chưa ức chế các cơ quan do vỏ não chi phối.
2) Giai đoạn kích thích: giai đoạn này thuốc mê ức chế vỏ não, do vậy các trung khu dưới vỏ não được giải phóng. Biểu hiện của giai đoạn này là con vật vẫn có thể dãy dụa, các phản xạ nuốt, nơn bị kích thích. Do vậy giai đoạn này dễ gây các tai biến nguy hiểm như choáng, trào nước bọt, thức ăn có thể vào phổi gây nguy hiểm. Chính vì vậy tuyệt đối khơng được phẫu thuật ở giai đoạn này.
4) Giai đoạn liệt hành tủy: giai đoạn này hơ hấp, tuần hồn có bị trở ngại, dễ nguy hiểm. Khi hết mê, cơ thể sẽ hồi phục dần dần ngược qua các giai đoạn từ 4 đến 1.
Các thuốc mê khác nhau, ít nhiều sẽ có sự khác nhau về độ dài của các giai đoạn nói trên. Nói chung thuốc mê tốt là những thuốc tạo được sự ức chế sâu ở giai đoạn phẫu thuật, còn các giai đoạn khác thường ngắn và biểu hiện không rõ.