Den kemoterapeutiske effekt af to lægemidler der gives samtidigt, er nogle gange større end virkningen af hvert enkelt lægemiddel givet alene (se figur 16.8.1). Dette fænomen, kaldes synergisme og blev beskrevet tidligere. For eksempel, i behandlingen af bakteriel endocarditis, er penicillin og streptomycin langt mere effektive, når de tages sammes end hvis de tages alene. De skader som penicillin gør på de bakterielle cellevægge, gør det nemmere for streptomycin at trænge ind i bakteriecellerne.
Andre kombinationer af lægemidler, kan vise antagonisme. For eksempel er samtidig anvendelse af penicillin og tetracyclin ofte mindre effektiv, end når hvert lægemiddel anvendes alene. Ved at stoppe væksten af bakterierne, kan det bakteriostatiske stof tetracyclin, interferere med virkningen af penicillin, der kræver bakterievækst for at udøve sin virkning.