פרגבלין אינו אגוניסט לקולטן GABAA או GABAB.
Pregabalin הוא gabapentinoid ופועל על ידי עיכוב תעלות סידן מסוימות. באופן ספציפי זהו ליגנד של אתר תת-יחידת העזר α2δ של תעלות סידן תלויות מתח מסוימות (VDCCs), ובכך פועל כמעכב של VDCCs המכילים תת-יחידות α2δ. ישנן שתי יחידות משנה α2δ קושרות, α2δ-1 ו-α2δ-2, ופרגבאלין מראה זיקה דומה (ומכאן חוסר סלקטיביות בין) שני האתרים הללו. Pregabalin הוא סלקטיבי בקשירתו לתת-יחידת המשנה α2δ VDCC. למרות העובדה שהפרגאבאלין הוא אנלוג ל-GABA, הוא אינו נקשר לקולטני ה-GABA, אינו הופך ל-GABA או לאגוניסט אחר לקולטן GABA in vivo, ואינו מווסת ישירות את הובלת GABA או חילוף החומרים. עם זאת, נמצא כי פרגבלין מייצר עלייה תלוית מינון בביטוי המוחי של L-glutamic acid decarboxylase (GAD), האנזים האחראי לסינתזה של GABA, ומכאן עשויות להיות לו כמה השפעות GABAergic עקיפות על ידי הגדלת רמות ה-GABA במוח. אין כיום עדות לכך שההשפעות של פרגבלין מתווכות על ידי כל מנגנון מלבד עיכוב של VDCCs המכילים α2δ. בהתאם, נראה שעיכוב של VDCCs המכילים α2δ-1 על ידי פרגבלין אחראי להשפעותיו נוגדות הפרכוסים, הכאבים והחרדה שלו.
חומצות האמינו האנדוגניות L-leucine ו-L-isoleucine, הדומות מאוד לפרגבאלין ולשאר הגבאפנטינואידים במבנה הכימי, הן ליגנדים לכאורה של תת-יחידת המשנה α2δ VDCC עם זיקה דומה ל-gabapentinoids (למשל, IC50 = 71 nM עבור L- איזולאוצין), ונמצאים בנוזל השדרה האנושי בריכוזים מיקרומולריים (למשל, 12.9 מיקרומטר ל-L-leucine, 4.8 מיקרומטר ל-L-isoleucine). השערה היא שהם עשויים להיות הליגנדים האנדוגניים של תת-היחידה ושהם עשויים לסתור באופן תחרותי את ההשפעות של gabapentinoids. בהתאם לכך, בעוד ל-gabapentinoids כמו pregabalin ו-gabapentin יש זיקה ננומולרית לתת-היחידה α2δ, העוצמה שלהם in vivo היא בטווח המיקרו-מולרי הנמוך, ונאמר כי תחרות על הקישור על ידי חומצות אמינו L אנדוגניות אחראית כנראה לאי התאמה זו.

במחקר אחד נמצא כי Pregabalin בעל זיקה גבוהה פי 6 מ-gabapentin ל-VDCCs המכילים תת-יחידות α2δ. עם זאת, מחקר אחר מצא שלפרגבלין ולגבפנטין יש זיקה דומה ליחידת המשנה הרקומביננטית האנושית α2δ-1 (Ki = 32 nM ו-40 nM, בהתאמה). בכל מקרה, פרגבאלין חזק פי 2 עד 4 מגבאפנטין כמשכך כאבים, ובבעלי חיים נראה שהוא חזק פי 3 עד 10 מגבאפנטין כנוגד פרכוסים.