Teofilina działa synergistycznie z innymi lekami zawierającymi ksantyny, z β-sympatykomimetykami, kofeiną i podobnymi substancjami. Metabolizm teofiliny może być spowolniony i (lub) stężenie teofiliny w osoczu może być zwiększone (zwiększone ryzyko przedawkowania i działań niepożądanych) podczas jednoczesnego stosowania z: doustnymi środkami antykoncepcyjnymi, antybiotykami makrolidowymi (zwłaszcza erytromycyną i troleandomycyną), chinolonami (inhibitorami gyrazy, zwłaszcza cyprofloksacyną, enoksacyną i pefloksacyną), imipenemem (działania niepożądane ze strony OUN, np. drgawki), izoniazydem, tiabendazolem, lekami blokującymi kanał wapniowy (np. werapamil lub diltiazem), propranololem, meksyletyną, propafenonem, tyklopidyną, cymetydyną, ranitydyną, allopurynolem, febuksostatem, fluwoksaminą, α-interferonem, peginterferonem α-2, zafirlukastem, szczepionkami przeciw grypie, etyntydyną, idrocylamidem, zileutonem i disulfiramem - w takich przypadkach może być konieczne zmniejszenie dawki teofiliny. Metabolizm leku może być przyspieszony i (lub) biodostępność teofiliny oraz jej skuteczność mogą być zmniejszone u osób palących (może być konieczne zwiększenie dawki) lub w przypadkach jednoczesnego przyjmowania barbituranów (np. fenobarbitalu, pentobarbitalu i prymidonu), karbamazepiny, fenytoiny i fosfenytoiny, ryfampicyny i ryfapentyny, sulfinpirazonu oraz preparatów zawierających hiperycynę (preparaty zawierające ziele dziurawca zwyczajnego), rytonawiru, aminoglutetymidu. Dawkę teofiliny należy zmniejszyć do nie więcej niż 60% zalecanej dawki w przypadku jednoczesnego podawania z cyprofloksacyną i do nie więcej niż 30% zalecanej dawki w przypadku podawania z enoksacyną. Inne chinolony (np. pefloksacyna lub kwas pipemidowy) mogą nasilić działanie preparatów zawierających teofilinę - w czasie jednoczesnego leczenia chinolonami bezwzględnie zaleca się częste kontrolowanie stężenia teofiliny. W przypadku równoczesnego przyjmowania teofiliny działanie węglanu litu i β-adrenolityków może być osłabione. Jednoczesne przyjmowanie z lekami moczopędnymi, np. furosemidem, addycyjnie zmniejsza tężenie potasu w surowicy. Podanie halotanu pacjentom przyjmującym teofilinę może prowadzić do ciężkich zaburzeń rytmu serca.