Die Wirkung von LSD tritt nach ungefähr einer halben Stunde ein und ist normalerweise nach 6-12 Stunden abgeklungen. Sie erfolgt über Serotonin- und Dopaminrezeptoren (Rezeptortypen: 5-HT2A und D2).

LSD bewirkt während des Rausches tiefgreifende psychische Veränderungen mit verändertem Raum- und Zeitgefühl sowie Sinnestäuschungen. Konsumenten beschreiben den Rausch als ideenreich, nachdenklich, mystisch und spirituell. Die Denkstrukturen weichen während des Rausches von den üblichen ab. Wie der Rausch genau verläuft, ist stark von der Person, den individuellen Erwartungen, den äußeren Umständen und der Dosis abhängig.

Zunächst nimmt der Betroffene Farben und Formen intensiver war, worauf eine Phase der Euphorie (Hochgefühl) folgt. Die Bewegungen des Betroffenen sind meist unkoordiniert. Nach ca. 1 Stunde tritt die stärkste Wirkung ein, die bei geringerer Dosis vor allem durch Pseudohalluzinationen (unechte Sinnestäuschungen) geprägt ist, bei denen der Betroffene Dinge um sich herum verzerrt wahrnimmt, Gegenstände verschmelzen und sich bewegen sieht.

Bei höherer Dosis kann es zu Halluzinationen (Sinnestäuschungen) kommen, bei denen der Betroffene Dinge wahrnimmt, die nicht da sind, dies aber zumeist als realistisch empfindet. Er kann Visionen bekommen, die an einen Traum oder einen Film erinnern. In diesem Zustand kann der Rausch zu einem so genannten „Horror-Trip“ werden, bei dem der Betroffene beispielsweise Verfolgungswahn entwickelt. Konsumenten beschreiben häufig, dass sie während des Rausches die Beziehung zu sich selbst verlieren und kein Identitätsgefühl mehr haben. Bekannte Menschen und Umgebungen werden als fremd wahrgenommen.

Nach dem Rausch fühlt sich der Konsument meist müde, melancholisch und verkatert. Wird die Dosis an LSD unmittelbar nach dem Rausch gesteigert, zeigt sich keine Wirkung. Eine erneute Wirkung kann erst wieder nach einigen Tagen erzielt werden.

Körperlich wirkt sich der LSD-Rausch sowie durch leicht erhöhten Puls und Blutdruck, sowie leicht erhöhte Temperatur aus. Außerdem zeigen sich, vor allem zu Beginn des Rausches, körperliche Beschwerden wie Kältegefühl und Übelkeit. Laut Konsumentenbefragungen kann aber ein sehr breites Spektrum an körperlichen Symptomen auftreten.

Entgegen vieler anderer Drogen weist LSD nur eine sehr geringe Toxizität (Ausmaß der Giftwirkung eines Giftes) auf. Erst sehr große Mengen, weit über der üblichen Dosis, führen zu Vergiftungserscheinungen.

Eine große Gefahr, die vom LSD-Konsum ausgeht, ist aber die Entwicklung von Psychosen. Man spricht in diesem Zusammenhang auch vom „Hängenbleiben“, da der Betroffene, ausgelöst durch die Droge, über die Zeit des Rausches hinaus Wahrnehmungsstörungen hat, die meist ärztlich behandelt werden müssen. Dieses Risiko besteht vor allem bei hoher Dosierung sowie bei genetisch veranlagten Personen. Es wird angenommen, dass bei bestimmtem Erbmaterial das Risiko, eine Psychose zu entwickeln, erhöht ist, wobei verschiedene Faktoren zusammen zur Entwicklung einer Psychose führen.

Als Psychose wird ein Zustand beschrieben in dem der Betroffene den Bezug zur Realität zumindest teilweise verliert, wobei er davon überzeugt ist, dass seine Form der Wahrnehmung richtig ist. Er sieht zum Beispiel Dinge, die nicht da sind (Halluzinationen) oder/und leidet unter Wahnvorstellungen (z.B.: Verfolgungswahn).

Der Verlauf eines LSD-Rausches ist, wie oben erwähnt, stark von der Verfassung des Konsumenten abhängig. Daher sind Personen, die sich psychisch instabil fühlen oder schlecht gestimmt sind, besonders gefährdet einen „Horror-Trip“ zu durchleben. Umstritten ist, ob LSD so genannte „Flashbacks“ auslösen kann, bei denen es Wochen oder Monate nach Beendigung des Konsums zu plötzlichen Rauschzuständen kommen soll.

Die Gefahr einer körperlichen Abhängigkeit besteht nach derzeitigem Forschungszustand nicht, eine psychische Abhängigkeit kann sich dagegen entwickeln.

Der Konsument möchte aufgrund seiner Rauscherfahrung diesen Zustand immer wieder herbeiführen. Eine Toleranzbildung (der Konsument muss immer mehr von der Substanz einnehmen, um die gewünschte Wirkung zu erzielen) ist bei LSD relativ hoch.

Unmittelbar nach dem Rausch tritt durch erneute Einnahme von LSD kein Rausch ein, doch auch ein paar Tage später benötigt der Körper eine höhere Dosis, um den erwünschten Effekt zu bewirken. Problematisch daran ist, dass der Konsument dadurch die erforderliche Dosis schwer einschätzen kann und es somit leicht zu einer Überdosierung kommen kann. Diese „Gewöhnung“ klingt aber nach einigen Wochen der LSD-Abstinenz wieder ab.

Bei häufigem Konsum kann die Konzentrations- und Wahrnehmungsfähigkeit abnehmen. Laut wissenschaftlichen Studien scheint der Wunsch der Konsumenten, den Rausch zu wiederholen, bei LSD im Vergleich zu anderen Drogen wie Heroin, Kokain oder Amphetaminen geringer zu sein.