Pregabalin bukan agonis reseptor GABAA atau GABAB.
Pregabalin adalah gabapentinid dan bertindak dengan menghalang saluran kalsium tertentu.Secara khusus ia adalah ligan tapak subunit α2δ tambahan bagi saluran kalsium bergantung voltan tertentu (VDCC), dan dengan itu bertindak sebagai perencat VDCC yang mengandungi subunit α2δ.Terdapat dua subunit α2δ yang mengikat dadah, α2δ-1 dan α2δ-2, dan pregabalin menunjukkan pertalian yang sama untuk (dan dengan itu kekurangan selektiviti antara) kedua-dua tapak ini.Pregabalin adalah selektif dalam pengikatannya kepada subunit α2δ VDCC.Walaupun fakta bahawa pregabalin adalah analog GABA, ia tidak mengikat kepada reseptor GABA, tidak bertukar menjadi GABA atau agonis reseptor GABA lain dalam vivo, dan tidak secara langsung memodulasi pengangkutan atau metabolisme GABA.Walau bagaimanapun, pregabalin didapati menghasilkan peningkatan yang bergantung kepada dos dalam ekspresi otak L-glutamic acid decarboxylase (GAD), enzim yang bertanggungjawab untuk mensintesis GABA, dan oleh itu mungkin mempunyai beberapa kesan GABAergik tidak langsung dengan meningkatkan tahap GABA dalam otak.Pada masa ini tiada bukti bahawa kesan pregabalin dimediasi oleh mana-mana mekanisme selain daripada perencatan VDCC yang mengandungi α2δ.Selaras dengan itu, perencatan VDCC yang mengandungi α2δ-1 oleh pregabalin nampaknya bertanggungjawab terhadap kesan antikonvulsan, analgesik dan anxiolyticnya.
Asid α-amino endogen L-leucine dan L-isoleucine, yang hampir menyerupai pregabalin dan gabapentinoids lain dalam struktur kimia, adalah ligan ketara subunit α2δ VDCC dengan pertalian yang sama seperti gabapentinoids (cth, IC50 = 71 nM untuk L- isoleucine), dan terdapat dalam cecair serebrospinal manusia pada kepekatan mikromolar (cth, 12.9 μM untuk L-leucine, 4.8 μM untuk L-isoleucine).Telah berteori bahawa mereka mungkin ligan endogen bagi subunit dan bahawa mereka boleh menentang secara kompetitif kesan gabapentinids.Selaras dengan itu, walaupun gabapentinid seperti pregabalin dan gabapentin mempunyai pertalian nanomolar untuk subunit α2δ, potensi mereka dalam vivo berada dalam julat mikromolar yang rendah, dan persaingan untuk mengikat oleh asid L-amino endogen telah dikatakan berkemungkinan bertanggungjawab untuk percanggahan ini.

Pregabalin didapati mempunyai pertalian 6 kali ganda lebih tinggi daripada gabapentin untuk VDCC yang mengandungi subunit α2δ dalam satu kajian.Walau bagaimanapun, kajian lain mendapati bahawa pregabalin dan gabapentin mempunyai pertalian yang sama untuk subunit α2δ-1 rekombinan manusia (Ki = 32 nM dan 40 nM, masing-masing).Walau apa pun, pregabalin adalah 2 hingga 4 kali lebih kuat daripada gabapentin sebagai analgesik dan, pada haiwan, nampaknya 3 hingga 10 kali lebih kuat daripada gabapentin sebagai antikonvulsan.