Pantaleone è oggetto di venerazione in Oriente, dove viene chiamato il grande martire ed è invocato come taumaturgo. Fiale contenenti una certa quantità del suo sangue (raccolto, secondo la tradizione risalente al XII secolo, da Adamantio, testimone del martirio) sono conservate a Costantinopoli ed a Ravello: altre reliquie del santo si trovano nella basilica di Saint-Denis a Parigi; la sua testa è venerata a Lione. Alcune reliquie sono conservate anche nella chiesa di San Pantalon (così è chiamato dai Veneziani san Pantaleone) a Venezia. Nella Repubblica del Monte Athos, Grecia, il monastero della comunità russa, uno dei venti ancora oggi esistenti sulla Santa Montagna, è a lui dedicato (monastero di San Panteleimon). L'ampolla conservata nel Duomo di Ravello presenta il fenomeno dell'annuale liquefazione del sangue nel mese di luglio ed è conservata nella cappella dedicata al santo, realizzata nel 1643 durante il governo del vescovo Bernardino Panicola, che ne fece la traslazione con una solenne processione per la città. Lo stesso fenomeno si verifica anche nelle ampolle custodite a Montauro e a Vallo della Lucania. Il Martirologio Romano fissa per la memoria di san Pantaleone la data del 27 luglio.