De fleste infektioner, som kræver behandling med antibiotika, kan behandles med ét antibiotikum. 

Samtidig anvendelse af to eller flere antibiotika er således undtagelsen, men kan være indiceret i følgende tilfælde: 

• ved samtidig infektion med flere forskellige mikroorganismer
• ved initialbehandling af livstruende infektioner, hvor de forårsagende mikroorganismer og deres resistensmønstre endnu ikke er kendte, og hvor en kombination af antibiotika giver bedre dækning end ét antibiotikum
• ved infektioner med bakterier, som særligt let udvikler antibiotikaresistens, fx Mycobacterium tuberculosis og Pseudomonas aeruginosa. Ved kombinationsbehandling nedsættes risikoen for resistensudvikling
• ved infektioner med særligt resistente bakterier som carbapenemase producerende organismer (CPO) for at undgå yderligere resistensudvikling
• ved alvorlige infektioner forårsaget af mikroorganismer, hvor en synergistisk effekt kan udnyttes, fx ved behandling af endocarditis med α-hæmolytiske streptokokker med penicillin og aminoglykosid
• ved behandling af Helicobacter pylori betinget ulcus duodeni.

I de fleste tilfælde ses additiv virkning ved samtidig anvendelse af to forskellige antibiotika. De skal hver for sig anvendes i samme dosis, som hvis stofferne anvendes alene. 

I enkelte tilfælde ses synergisme mellem to antibiotika, hvor det ene middel forøger virkningen af det andet. Det er fx tilfældet ved anvendelse af et β-laktam i kombination med et aminoglykosid, idet β-laktamer ved deres virkning på cellevægssyntesen letter penetrationen af aminoglykosid ind i bakterierne. 

I nogle tilfælde ses antagonisme, som viser sig ved, at kombinationen af to stoffer virker dårligere end hvert af stofferne alene. Antagonisme skyldes oftest det forhold, at indgift af bakteriostatiske stoffer, fx tetracycliner og makrolider, modvirker effekten af baktericide stoffer, fx β-laktamer, fordi de baktericide stoffer kun virker på bakterier i vækstfasen. Denne antagonisme er påvist i laboratorieforsøg, men sjældent i klinikken. Selvom der er påvist en mulig antagonisme in vitro, anbefales empirisk en kombination af β-laktam og makrolid ved svær nedre luftvejsinfektion for at dække hyppigste bakterielle årsager. Denne anbefaling er baseret på dokumentation for vigtigheden af hurtig dækkende behandling af sepsis. Hurtig diagnostik af årsagen til pneumoni er derfor vigtig med henblik på antibiotikaskift til primært monoterapi, så eventuel antagonisme undgås, og en målrettet antibiotikabehandling fortsættes. 

Antagonisme, synergisme og additiv virkning kan have betydning ved praktisk anvendelse af antibiotika, og de omtales under interaktioner for hvert enkelt stof.