La inhibición de la colinesterasa produce cólicos abdominales, diarrea, vómito, sialorrea, transpiración, lagrimeo, miosis, sibilancias y broncorrea, convulsiones y debilidad muscular esquelética. La taquicardia inicial suele anteceder a la bradicardia. La debilidad profunda de los músculos esqueléticos, que se agrava por las secreciones bronquiales excesivas y sibilancias, puede provocar paro respiratorio y muerte. Los signos y síntomas de intoxicación pueden persistir o recurrir después de varios días, sobre todo con fármacos muy liposolubles, como fentión o dimetoato.
El diagnóstico debe sospecharse en pacientes que presentan miosis, transpiración y aumento de la peristalsis. La actividad sérica y eritrocítica de la colinesterasa casi siempre desciende por lo menos 50% por debajo del valor inicial en víctimas de intoxicación grave.