O β-cariofileno é um aditivo alimenta que apresenta várias atividades farmacológicas in vivo. No entanto, poucas informações toxicológicas têm sido relatadas e seu uso é baseado no fato de que esse sesquiterpeno bicíclico é diariamente consumido como alimento vegetal em quantidades muito maiores do que como um aditivo alimentar. Dessa forma, estudos contínuos que visam avaliar possíveis efeitos adversos é de suma importância. Adicionalmente, estudos além do toxicológico destacam a necessidade de avaliações experimentais contínuas para determinar os mecanismos moleculares subjacentes aos efeitos farmacológicos do β-cariofileno em relação a doenças do sistema nervoso central como ansiedade, depressão e epilepsia. Assim, o presente estudo avaliou a toxicidade aguda (14 dias) e em doses repetidas (28 dias) do β-cariofileno administrado por via oral em camundongos Swiss fêmeas analisando alterações no peso corporal, consumo de alimento, ingestão de água, parâmetros hematológicos e bioquímicos, peso de órgãos após necropsia, biomarcadores de estresse oxidativo e histopatologia de vários tecidos. O estudo de toxicidade aguda (300 e 2000 mg/kg) e em doses repetidas (300 e 2000 mg/kg) foram realizados de acordo com a diretriz 423 e 407 da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OECD), respectivamente. Já o potencial neurofarmacológico do β-cariofileno (100, 200 e 400 mg/kg) foram avaliados usando modelo animal no teste do campo aberto, rota rod, labirinto em cruz elevado, suspensão pela cauda e nado forçado, bem como os modelos de crises epiléticas induzido por pilocarpina, pentilenotetrazol e isoniazida. Adicionalmente, o modelo animal de depressão induzido por dor neuropática foi utilizado para determinar o potencial antidepressivo do β-cariofileno livre e β-cariofileno complexado. É importante destacar que o β-cariofileno apresenta algumas características indesejáveis como volatilidade e baixa solubilidade em água, sendo que técnicas como complexações com ciclodextrinas pode melhorar a solubilidade, estabilidade e liberação controlada desse sesquiterpeno. Os resultados obtidos destacam inicialmente ausência de sintomas clínicos adversos e mortalidade em qualquer animal submetido ao estudo de toxicidade aguda e em doses repetidas foram verificados. Além disso, não foram observadas alterações significativas no peso corporal, biomarcadores de estresse oxidativo, parâmetros hematológicos e bioquímicos quando comparado com o grupo controle do estudo de toxicidade em dose única e em doses repetidas. Depois da avaliação dos estudos toxicológicos, a análise dos resultados neurofarmacológicos resultaram na possível compreensão dos mecanismos neuromoleculares subjacentes às propriedades ansiolíticas, antidepressivas e anticonvulsivantes que podem envolver os receptores benzodiazepínicos/GABAérgicos ou via L-arginina-óxido nítrico. Além dos resultados descritos anteriormente, foi demonstrado que o β-cariofileno complexado (100 mg/kg) foi mais efetivo no efeito antidepressivo com uma dose inferior ao β-CNF livre (200 mg/kg). Dessa forma, os resultados obtidos no presente estudo destacam uma premissa interessante no uso do complexo de inclusão β-cariofileno/metil-β-ciclodextrina para o desenvolvimento de formulações farmacêuticas de dosagem oral com biodisponibilidade aumentada.