青霉素和头孢菌素同属于β-内酰胺类抗生素，但属于不同的亚类。这两类药物在化学结构、抗菌谱及临床应用方面既有相似性，也存在显著差异。
从化学结构来看，青霉素和头孢菌素的核心结构都含有β-内酰胺环。青霉素的母核由β-内酰胺环连接噻唑烷环构成，而头孢菌素则是由β-内酰胺环与二氢噻嗪环结合形成双环结构。这种结构差异导致头孢菌素对β-内酰胺酶的稳定性更高，这也是两者抗菌特性不同的重要原因。
在抗菌谱方面，青霉素主要针对革兰氏阳性球菌，如溶血性链球菌、肺炎链球菌等，对脑膜炎球菌、螺旋体也有较好效果。头孢菌素类药物随着代际更迭，抗菌谱逐渐扩展：第一代侧重革兰氏阳性菌，第二代增强抗阴性杆菌能力，第三代及第四代对铜绿假单胞菌等耐药菌更具优势。临床应用时，青霉素常用于咽炎、中耳炎等轻症感染，头孢菌素更多用于肺炎、泌尿系感染等较严重的细菌感染，特别是对青霉素耐药或过敏患者。
需要特别注意的是，两类药物存在约10%的交叉过敏反应风险。患者使用前需详细告知过敏史，临床用药过程中需严格遵循医嘱，不可自行更换药物种类或调整剂量。对于存在严重青霉素过敏史者，通常不推荐使用头孢菌素类药物。