Το Pregabalin δεν είναι αγωνιστής των υποδοχέων GABAA ή GABAB.
Η πρεγκαμπαλίνη είναι ένα γκαμπαπεντινοειδές και δρα αναστέλλοντας ορισμένα κανάλια ασβεστίου. Συγκεκριμένα, είναι ένας συνδέτης της θέσης της βοηθητικής α2δ υπομονάδας ορισμένων εξαρτώμενων από την τάση καναλιών ασβεστίου (VDCCs) και ως εκ τούτου δρα ως αναστολέας των VDCC που περιέχουν α2δ υπομονάδα. Υπάρχουν δύο υπομονάδες α2δ που δεσμεύουν το φάρμακο, η α2δ-1 και η α2δ-2, και η πρεγκαμπαλίνη δείχνει παρόμοια συγγένεια για (και επομένως έλλειψη εκλεκτικότητας μεταξύ) αυτών των δύο θέσεων. Η πρεγκαμπαλίνη είναι εκλεκτική στη δέσμευσή της στην α2δ VDCC υπομονάδα. Παρά το γεγονός ότι η πρεγκαμπαλίνη είναι ανάλογο GABA, δεν δεσμεύεται με τους υποδοχείς GABA, δεν μετατρέπεται σε GABA ή σε άλλο αγωνιστή υποδοχέα GABA in vivo και δεν ρυθμίζει άμεσα τη μεταφορά ή το μεταβολισμό του GABA. Ωστόσο, η πρεγκαμπαλίνη έχει βρεθεί ότι προκαλεί μια δοσοεξαρτώμενη αύξηση στην έκφραση του εγκεφάλου της αποκαρβοξυλάσης L-γλουταμινικού οξέος (GAD), του ενζύμου που είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση του GABA, και ως εκ τούτου μπορεί να έχει κάποια έμμεσα GABAergic αποτελέσματα αυξάνοντας τα επίπεδα GABA στον εγκέφαλο. Επί του παρόντος δεν υπάρχουν ενδείξεις ότι οι επιδράσεις της πρεγκαμπαλίνης προκαλούνται από οποιονδήποτε άλλο μηχανισμό εκτός από την αναστολή των VDCC που περιέχουν α2δ. Σύμφωνα με αυτό, η αναστολή των VDCC που περιέχουν α2δ-1 από την πρεγκαμπαλίνη φαίνεται να είναι υπεύθυνη για τα αντισπασμωδικά, αναλγητικά και αγχολυτικά της αποτελέσματα.
Τα ενδογενή α-αμινοξέα L-λευκίνη και L-ισολευκίνη, τα οποία μοιάζουν πολύ με την πρεγκαμπαλίνη και τα άλλα γκαμπαπεντινοειδή στη χημική δομή, είναι εμφανείς συνδέτες της α2δ VDCC υπομονάδας με παρόμοια συγγένεια με τα γκαμπαπεντινοειδή (π.χ. IC50 = 71 nM για L- ισολευκίνη) και υπάρχουν στο ανθρώπινο εγκεφαλονωτιαίο υγρό σε μικρομοριακό συγκεντρώσεις (π.χ. 12,9 μΜ για την L-λευκίνη, 4,8 μΜ για την L-ισολευκίνη). Έχει διατυπωθεί η θεωρία ότι μπορεί να είναι οι ενδογενείς συνδέτες της υπομονάδας και ότι μπορεί να ανταγωνίζονται ανταγωνιστικά τις επιδράσεις των γκαμπαπεντινοειδών. Σύμφωνα με αυτό, ενώ τα γκαμπαπεντινοειδή όπως η πρεγκαμπαλίνη και η γκαμπαπεντίνη έχουν νανομοριακές συγγένειες για την α2δ υπομονάδα, οι δραστηριότητές τους in vivo είναι στη χαμηλή μικρογραμμομοριακή περιοχή και ο ανταγωνισμός για δέσμευση από ενδογενή L-αμινοξέα έχει ειπωθεί ότι πιθανότατα ευθύνεται για αυτή την απόκλιση.

Η πρεγκαμπαλίνη βρέθηκε να έχει 6 φορές μεγαλύτερη συγγένεια από τη γκαμπαπεντίνη για τα VDCC που περιέχουν α2δ υπομονάδα σε μια μελέτη. Ωστόσο, μια άλλη μελέτη διαπίστωσε ότι η πρεγκαμπαλίνη και η γκαμπαπεντίνη είχαν παρόμοιες συγγένειες για την ανθρώπινη ανασυνδυασμένη α2δ-1 υπομονάδα (Ki = 32 nM και 40 nM, αντίστοιχα). Σε κάθε περίπτωση, η πρεγκαμπαλίνη είναι 2 έως 4 φορές πιο ισχυρή από τη γκαμπαπεντίνη ως αναλγητικό και, στα ζώα, φαίνεται να είναι 3 έως 10 φορές πιο ισχυρή από την γκαμπαπεντίνη ως αντισπασμωδικό.