Пентобарбитал — барбитурат, используется в медицине как снотворное средство в виде калиевой и натриевой солей. Наиболее известное торговое наименование — «Нембутал» (Nembutal). Вследствие высокой растворимости пентобарбитал является барбитуратом быстрого действия.

При передозировке, подобно другим барбитуратам, пентобарбитал вызывает смерть от остановки дыхания. С 2011 года он использовался в США для исполнения смертной казни путём смертельной инъекции, однако датская фирма Lundbeck, изготовитель и поставщик препарата в США, отказалась продавать его тюрьмам и исправительным учреждениям для этой цели, что вызвало необходимость в замене препарата. Он применяется для эвтаназии, например, в Нидерландах, в штате Орегон (США), в Швейцарии.

С помощью нембутала в 1978 году покончила с собой возлюбленная Владимира Маяковского Лиля Брик. Также, предположительно, в результате передозировки пентобарбиталом в 1962 году умерла известная актриса Мэрилин Монро.