Zaobserwowane niepożądane działania azatiopryny: upośledzenie/hamowanie czynności szpiku kostnego (działanie mielosupresyjne): granulocytopenia, rzadko agranulocytoza leukopenia małopłytkowość niedokrwistość rzadko: pancytopenia zwiększona podatność na zakażenia zaburzenia czynności wątroby (sama azatiopryna, jak i jej metabolity mogą wykazywać hepatotoksyczność – donoszono o rzadkich przypadkach zwłóknienia miąższu wątroby oraz zarastania naczyń wątrobowych, przy czym niektóre z tych zmian były odwracalne) zapalenie trzustki wypadanie włosów (aż do ich całkowitej utraty) złe samopoczucie zawroty głowy gorączka dreszcze biegunka bóle mięśni i stawów zaburzenia rytmu serca świąd skóry osutka zapalenie naczyń zaburzenia czynności nerek spadek ciśnienia tętniczego cholestaza nudności, wymioty jadłowstręt śródmiąższowe zapalenie płuc – bardzo rzadko.
U osób po przeszczepieniu narządów leczonych azatiopryną występuje zwiększona częstość zachorowań na choroby nowotworowe, a w przypadku łączenia dużych dawek azatiopryny z infliksymabem, także na wysoce zjadliwą odmianę skrajnie niebezpiecznego chłoniaka T-komórkowego.
Ryzyko takie wzrasta przy jednoczesnym stosowaniu kilku immunosupresantów naraz, co należy mieć na uwadze przy podejmowaniu decyzji o rozpoczęciu takiej terapii.