Die Pflanze enthält die Alkaloide Atropin, (S)-Hyoscyamin und Scopolamin.Das Atropin, das sowohl in der Tollkirsche wie im Stechapfel vorkommt, ist in Wirklichkeit eine Mischung aus (S)-Hyoscyamin und (R)-Hyoscyamin.
Der Giftgehalt der Tollkirsche ist entsprechend des Standortes stark verschieden.
Die Vergiftungssymptome sind Trockene Schleimhäute, Schluckbeschwerden, Durst, erweiterte Pupillen, Erregung, Sehstörungen, Verstopfung, erhöhte Pulsfrequenz und Atmung, Herzklopfen und Anstieg der Körpertemperatur. Im Falle einer starken Vergiftung kommt es zu Störungen im Bewegungsablauf, zu Tobsuchtsanfällen und letztlich zum Tod durch Atemlähmung.