磷霉素对细菌细胞壁合成的早期阶段具有作用，可以通过破坏细菌外层结构或改变并用药物进入菌体途径，从而在菌体内富集并产生良好的协同作用。磷霉素与其他抗菌药物的协同作用程度因对象菌和并用药物的不同而异，可以通过协同指数（FIC index）来评估。
表1和表2展示了磷霉素与其他抗菌药物的协同作用。
多种细菌，特别是铜绿假单胞菌等革兰氏阴性菌，可以附着于器官粘膜表面，并通过自身产生的聚糖分解物（glycocalyx）与临近的细菌互相凝集形成菌块。由于生物膜的保护作用，细菌在生物被膜中表现出顽强的抵抗性。磷霉素可以破坏大肠埃希氏菌和铜绿假单胞菌等细菌的生物被膜，或抑制其形成，因此可以用于治疗生物被膜相关的疾病。
由于磷霉素具有特异的作用机制、广泛的抗菌谱和与其他抗生素的协同作用，且毒性低、无抗原性，具有免疫调节、抗过敏和减轻其他药物毒副反应的作用，临床医生一直在探索开发联合疗法。近年来，对大量抗生素和抗菌药物进行了并用的基础和临床研究。设计了多种联合用药方案，并在治疗难控制的危重感染中取得了显著的成果。联合疗法分为同时联合用药疗法和时间差攻击疗法。
同时联合用药疗法的例子包括磷霉素与诺氟沙星的联合应用，治疗呼吸系感染等疾病。时间差攻击疗法的实验结果表明，联合用药的给药顺序和间隔时间对抗菌作用有重要影响。例如，在治疗耐甲氧西林金葡球菌和多重耐药性铜绿假单胞菌感染时，先给予磷霉素，1小时后再给予氟氧头孢，可以获得最强的杀菌效果和最长的抗生素后效应。
以下是一些临床应用实例：
1. 磷霉素+氟氧头孢联合疗法（FF疗法）
2. 磷霉素+头孢他啶联合疗法
3. 磷霉素+头孢哌酮/舒巴坦联合疗法
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