Po opakovaném perorálním a parenterálním podávání tramadolu potkanům a psům po dobu 6-26 měsíců a perorálním podávání psům po dobu 12 měsíců nebyly při hematologických, klinicko-chemických a histologických vyšetřeních zaznamenány žádné změny související s podávanou látkou. Pouze po vysokých dávkách zřetelně převyšujících terapeutické rozmezí se vyskytly projevy z ovlivnění centrálního nervového systému: nepokoj, slinění, křeče, snížený přírůstek hmotnosti. Bez jakýchkoli reakcí tolerovali potkani a psi perorální dávky 20 mg/kg a 10 mg/kg tělesné hmotnosti, v uvedeném pořadí, a psi rektální dávky 20 mg/kg tělesné hmotnosti.
Dávky tramadolu od 50 mg/kg/den výše měly toxické účinky na samice potkanů a zvyšovaly neonatální mortalitu. U potomstva se retardace projevila ve formě poruchy osifikace a opožděného otevírání vagíny a očí. Fertilita samců potkanů nebyla ovlivněna. Po vyšších dávkách (od 50 mg/kg/den výše) samice vykazovaly sníženou míru březosti. U králíků se toxické účinky na samice a skeletální abnormality u jejich potomstva vyskytly po dávkách od 125 mg/kg výše.
V některých in-vitro testovacích systémech byly prokázány mutagenní účinky. Studie in-vivo žádné takové účinky neprokázaly. Podle dosud získaných poznatků lze tramadol klasifikovat jako nemutagenní.
Na potkanech a myších byly provedeny studie kancerogenity tramadol-hydrochoridu. Studie na potkanech neprokázala žádný významný nárůst výskytu nádorů související s látkou. Ve studii
na myších se zvýšil výskyt hepatocelulárních adenomů u samců (na dávce závislý nesignifikantní nárůst u dávek od 15 mg/kg výše) a nárůst pulmonálních nádorů u samic ve všech dávkovacích skupinách (signifikantní, ale ne závislé na dávce).