Los barbitúricos reducen la tasa metabólica del tejido cerebral, así como el flujo sanguíneo cerebral. Con estas reducciones, los vasos sanguíneos en el cerebro se estrechan, disminuyendo la cantidad de espacio ocupado por el cerebro y, por lo tanto, la presión intracraneal. La esperanza es que, una vez aliviada la hinchazón, la presión disminuya y se pueda evitar parte o todo el daño cerebral. Varios estudios han apoyado esta teoría al mostrar una reducción de la mortalidad al tratar la hipertensión intracraneal refractaria con un coma barbitúrico.
Aproximadamente el 60% de la glucosa y el oxígeno que utiliza el cerebro se destina a su actividad eléctrica y el resto a todos otras actividades como el metabolismo. Cuando se administran barbitúricos a pacientes con lesiones cerebrales por coma inducido, actúan reduciendo la actividad eléctrica del cerebro, lo que reduce la demanda metabólica y de oxígeno. La tasa de dosis de infusión de barbitúricos se incrementa bajo monitorización mediante electroencefalografía hasta que se alcanza la supresión de ráfagas o el silencio eléctrico cortical («línea plana» isoeléctrica). Una vez que hay una mejoría en el estado general del paciente, los barbitúricos se retiran gradualmente y el paciente recupera la conciencia.
Existe controversia sobre los beneficios de usar barbitúricos para controlar la hipertensión intracraneal. Algunos estudios han demostrado que los barbitúricos: El coma inducido puede reducir la hipertensión intracraneal, pero no necesariamente previene el daño cerebral. Además, la reducción de la hipertensión intracraneal puede no ser sostenida. Algunos ensayos aleatorizados no han podido demostrar ningún beneficio de supervivencia o morbilidad del coma inducido en diversas afecciones, como operaciones neuroquirúrgicas, trauma, rotura de aneurisma intracraneal, hemorragia intracraneal, accidente cerebrovascular isquémico y estado epiléptico. Si el paciente sobrevive, el deterioro cognitivo también puede seguir a la recuperación del coma.