Trong cây (ở lá và hạt có hàm lượng cao nhất) có chứa nhiều ancaloit (hàm lượng toàn phần từ 0,2-0,5%), chủ yếu là scopolamin, còn có hyoscyamin, atropin và các saponin, flavonoit, tanin... với số lượng không đáng kể. Tác dụng dược lý chủ yếu là do các ancaloit: làm giãn phế quản, giãn đồng tử, giảm nhu động ruột và bao tử nếu những cơ quan này co thắt, làm khô nước bọt, dịch vị, mồ hôi.

Trong y học cổ truyền Trung Hoa, nó là một trong 50 vị thuốc cơ bản, với tên gọi dương kim hoa (洋金花).

Theo Đông y, hoa cà độc dược có vị cay, tính ôn, có độc, có tác dụng ngừa suyễn, giảm ho, chống đau, chống co giật, phong thấp đau nhức. Lá là vị thuốc ngừa cơn hen, giảm đau bao tử, chống say tàu xe. Ngoài ra còn điều trị phong tê thấp, đau dây thần kinh toạ, đau răng... Người ta thường dùng lá cuộn thành điếu hay thái nhỏ vấn thành điếu thuốc để hút (chữa ho, hen suyễn), dùng lá hơ nóng đắp điều trị đau nhức, tê thấp, hoặc phơi khô tán bột mịn.

Vì cây có độc tính cao nên chỉ dùng theo sự hướng dẫn của thầy thuốc. Khi bị ngộ độc, có hiện tượng giãn đồng tử, mờ mắt, tim đập nhanh, giãn phế quản, môi miệng khô, khô cổ đến mức không nuốt và không nói được. Chất độc tác động vào hệ thần kinh trung ương, có thể gây tử vong do hôn mê.