Halotan bezpośrednio poraża mięsień sercowy, jak. i mięśnie gładkie naczyń. Obniża czynność zstępującego układu współczulnego oraz osłabia zdolność norepinefryny .do przeciwstawienia się porażeniu naczyń obwodowych. W stężeniach znieczulających obniża ciśnienie krwi tętniczej, siłę skurczu serca, pojemność wyrzutową serca i całkowity opór obwodowy. Pogłębienie znieczulenia ogólnego nasila te objawy, Stosowanie znieczulenia halotanem wymaga nieustannej kontroli ciśnienia krwi tętniczej i wypełnienia tętna. Przedłużające się stosowanie halotanu osłabia objawy ze strony krążenia (tolerancja). Halotan zwiększa przepływ mózgowy, przede wszystkim na skutek bezpośredniego działania rozszerzającego mięśnie gładkie naczyń. Rozszerza naczynia mięśni poprzecznie prążkowanych. W obszarze krążenia trzewnego i nerkowego nie stwierdza się wyraźnych zmian oporu naczyniowego, a przepływ maleje zgodnie z obniżeniem ciśnienia układowego. Bezpośrednio poraża węzeł zatokowy, co wyjaśnia dlaczego rytm zatokowy przedsionkowo-komorowy pojawiający się podczas podawania halotanu nie oddziałuje na atropinę. Jeżeli uniknie się kwasicy oddechowej, hipoksji lub innych czynników nasilających napięcie układu współczulnego, to niemiarowość komorowa występuje rzadko.
