Pregabalin bukanlah agonis reseptor GABAA atau GABAB.
Pregabalin adalah gabapentinoid dan bekerja dengan menghambat saluran kalsium tertentu.Secara khusus itu adalah ligan dari situs subunit 2δ tambahan dari saluran kalsium yang bergantung pada tegangan tertentu (VDCC), dan dengan demikian bertindak sebagai penghambat VDCC yang mengandung subunit 2δ.Ada dua subunit 2δ yang mengikat obat, 2δ-1 dan 2δ-2, dan pregabalin menunjukkan afinitas yang sama untuk (dan karenanya kurangnya selektivitas antara) kedua situs ini.Pregabalin selektif dalam mengikat subunit 2δ VDCC.Terlepas dari kenyataan bahwa pregabalin adalah analog GABA, itu tidak mengikat reseptor GABA, tidak berubah menjadi GABA atau agonis reseptor GABA lain in vivo, dan tidak secara langsung memodulasi transportasi atau metabolisme GABA.Namun, pregabalin telah ditemukan untuk menghasilkan peningkatan tergantung dosis dalam ekspresi otak dari L-glutamic acid decarboxylase (GAD), enzim yang bertanggung jawab untuk mensintesis GABA, dan karenanya mungkin memiliki beberapa efek GABAergik tidak langsung dengan meningkatkan kadar GABA di otak.Saat ini tidak ada bukti bahwa efek pregabalin dimediasi oleh mekanisme apa pun selain penghambatan VDCC yang mengandung 2δ.Sejalan dengan itu, penghambatan VDCC yang mengandung 2δ-1 oleh pregabalin tampaknya bertanggung jawab atas efek antikonvulsan, analgesik, dan ansiolitiknya.
Asam -amino endogen L-leusin dan L-isoleusin, yang sangat mirip dengan pregabalin dan gabapentinoid lainnya dalam struktur kimia, adalah ligan yang jelas dari subunit 2δ VDCC dengan afinitas yang sama dengan gabapentinoid (misalnya, IC50 = 71 nM untuk L- isoleusin), dan terdapat dalam cairan serebrospinal manusia pada konsentrasi mikromolar (misalnya, 12,9 M untuk L-leusin, 4,8 M untuk L-isoleusin).Telah berteori bahwa mereka mungkin merupakan ligan endogen dari subunit dan bahwa mereka mungkin secara kompetitif menentang efek gabapentinoid.Sesuai, sementara gabapentinoid seperti pregabalin dan gabapentin memiliki afinitas nanomolar untuk subunit 2δ, potensinya in vivo berada dalam kisaran mikromolar rendah, dan persaingan untuk mengikat asam L-amino endogen dikatakan kemungkinan bertanggung jawab atas perbedaan ini.

Pregabalin ditemukan memiliki afinitas 6 kali lipat lebih tinggi daripada gabapentin untuk VDCC yang mengandung subunit 2δ dalam satu penelitian.Namun, penelitian lain menemukan bahwa pregabalin dan gabapentin memiliki afinitas yang sama untuk subunit 2δ-1 rekombinan manusia (Ki = 32 nM dan 40 nM, masing-masing).Bagaimanapun, pregabalin 2 sampai 4 kali lebih kuat daripada gabapentin sebagai analgesik dan, pada hewan, tampaknya 3 sampai 10 kali lebih kuat daripada gabapentin sebagai antikonvulsan.