Pentobarbitalis – barbitūratas, kalio ir natrio druskų pavidalu medicinoje naudojamas kaip migdomasis vaistas. Žinomiausias prekinis pavadinimas – nembutalis (nembutal). Dėl didelio tirpumo pentobarbitalis yra greitai veikiantis barbitūratas.
Kaip ir kiti barbitūratai, perdozavus pentobarbitalis sukelia mirtį dėl kvėpavimo sustojimo. Nuo 2011 m. mirtina jo injekcija JAV buvo naudojama mirties bausmei vykdyti, tačiau danų firma „Lundbeck“, preparato gamintoja ir tiekėja JAV, šiam tikslui atsisakė jį pardavinėti kalėjimams ir pataisos įstaigoms, todėl kilo būtinybė pentobarbitalį pakeisti kita medžiaga. Jis taikomas eutanazijai, pavyzdžiui, Nyderlanduose,Oregono valstijoje (JAV),Šveicarijoje.
Nembutaliu 1978 m. nusižudė Vladimiro Majakovskio mylimoji Lilia Brik. Taip pat manoma, jog dėl pentobarbitalio perdozavimo 1962 m. mirė garsi aktorė Merlina Monro.