维生素A的毒副作用主要取决于视黄醇及视黄酰酯的摄入量，并与机体的生理及营养状况有关。肝脏维生素A浓度超过300mg/g被认为是过量，并会引起相应临床毒性表现。急性维生素A过量的临床表现包括严重皮疹、头痛、假性脑瘤性昏迷而导致快速死亡。慢性过量相对更为常见，临床表现包括中枢神经系统紊乱性症状、肝脏纤维化、腹水和皮肤损伤。最近有报道婴儿维生素A过量导致的骨髓抑制、成人慢性维生素A过量导致的高血钙症。研究发现，油基维生素A或肝脏来源维生素A的毒性只有水合的、乳化的和固体视黄醇补充剂毒性的1/10。
研究证实，13-顺-视黄酸具有致畸作用，因而担心人类大剂量补充维生素A可能会有致畸作用。大量动物实验证实，过量维生素A可致胚胎畸形。流行病学资料显示，过量摄入预先形成的维生素A可导致出生缺陷。最敏感的时期为胚胎生成期（孕早期），维生素A过量引起的出生缺陷主要发生于由脑神经靖演变的器官，如颅面畸形、中枢神经系统畸形（不包括神经管畸形）、甲状腺和心脏畸形等。估计长期每日摄入预先形成的维生素A超过1万IU就可致畸。口服视黄醇类似物治疗皮肤病可能出现这些出生缺陷。妊娠早期局部使用维生素A类似物，导致生长畸形的风险很小、甚至没有风险。
动物实验发现，长期维生素A过量可导致骨矿物质丢失，推测在人类也可能会有类似的影响。1998年报道的在瑞典妇女中进行的横断面调查和病例对照研究结果显示，在每日摄入量不超过1.5mg的情况下，骨矿物质密度岁维生素A摄入量的增加而提高；但每日摄入量大于1.5mg时，增加维生素A摄入量可提高骨质疏松和髓骨骨折的风险。
由于流行病学研究受到各种因素限制，所获结论既有支持又有反对维生素A过量影响骨健康的证据，目前对此给予了高度关注，但尚未形成明确结论。尤其是目前尚远不能确证将预先形成的维生素A摄入量作为骨健康的危险因素，尚不能建立确定对骨骼健康产生明显影响的视黄醇摄入量界定值，但可以肯定的是过量维生素A摄入对骨骼健康应该没什么好处。
动物实验和人体实验资料证实，维生素A过量与肝功能异常之间存在非常明确的因果关系，这是因为肝脏是维生素A的主要储存器官，也是维生素A毒性的主要靶器官。维生素A过量引起的肝脏异常包括可逆性的肝脏酶活性升高、肝脏纤维化、肝硬化和死亡。
对心血管疾病的观察性研究发现，维生素A过量可能会增加心血管疾病风险。在美国成人的队列研究中，高血清视黄醇水平与高心血管疾病风险有关，但仅限于男性。目前的研究资料显示，β-胡萝卜素等类胡萝卜素的毒性很低。与维生素A不同，目前尚没有类胡萝卜素缺乏或毒性的报道。过多摄入β-胡萝卜素可导致胡萝卜素血症，出现暂时性皮肤黄染。有报道，受试者长期摄入大量胡萝卜等食物或每日补充30mg或更多的β一胡萝卜素时，即可发生胡萝卜素血症。减少这样的类胡萝卜素摄入后数天或数周，这些症状即可逆转。