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.קיימות שתי תת-יחידות α2δ קושרות לתרופות, α2δ-1 ו-α2δ-2, ופרגבאלין מראה זיקה דומה (ומכאן חוסר סלקטיביות בין) שני האתרים הללו.Pregabalin הוא סלקטיבי בקשירתו לתת-היחידה α2δ VDCC.למרות העובדה שהפרגאבאלין הוא אנלוג ל-GABA, הוא אינו נקשר לקולטני ה-GABA, אינו הופך ל-GABA או אגוניסט 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 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 פרכוסים, משככי כאבים וחרדה.
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-לאוצין, 4.8 מיקרומטר ל-L-איזולאוצין).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 המיקרומולארי הנמוך, ונאמר כי תחרות על הקישור על ידי חומצות אמינו L אנדוגניות אחראית לפער זה.

במחקר אחד נמצא כי Pregabalin בעל זיקה גבוהה פי 6 מאשר 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.