Cilostazol a několik jeho metabolitů jsou inhibitory fosfodiesterázy III, které potlačují degradaci cyklického AMP, což vede ke zvýšení cAMP v různých tkáních, včetně krevních destiček a krevních cév. Stejně jako jiné látky s pozitivně inotropními a vasodilatačními účinky, také cilostazol způsoboval vznik kardiovaskulárních lézí u psů. Tyto léze nebyly pozorovány u potkanů ani u opic a jsou považovány za druhově specifické. Vyšetření intervalu QTc po podání cilostazolu či jeho metabolitů psům a opicím neprokázalo jeho prodloužení.
Ve studiích mutagenních účinků nebyly zjištěny mutace bakteriálních genů, opravy bakteriální DNA, mutace genů savčích buněk ani chromozomální aberace v kostní dřeni myší in vivo. V testech na buňkách vaječníků čínského křečka in vitro způsoboval cilostazol slabý, ale signifikantní nárůst četnosti chromozomálních aberací. Ve dvouletých studiích kancerogenního potenciálu u potkanů s perorálními dávkami do 500 mg/kg/den a u myší s perorálními dávkami do 1000 mg/kg/den (v potravě) nebyl pozorován neobvyklý výskyt nádorů.
Cilostazol inhiboval zrání oocytů u myší in vitro a u samic myší způsobil vratné narušení fertility. Nebyl pozorován žádný vliv na fertilitu u potkanů nebo u primátů. Význam pro člověka není znám.
U potkanů byly během březosti hmotnosti plodů sníženy. Navíc byl při vysokých dávkách u plodů zaznamenán zvýšený výskyt abnormalit zevnějšku, vnitřních orgánů a skeletu. Při nižších dávkách bylo pozorováno zpomalení osifikace. Expozice v pozdní graviditě vedla ke zvýšené četnosti předčasných porodů a nižší hmotnosti potomků. U králíků byla pozorována zvýšená četnost zpomalené osifikace hrudní kosti.