Pregabalin ist kein GABAA- oder GABAB-Rezeptoragonist.
Pregabalin ist ein Gabapentinoid und wirkt durch Hemmung bestimmter Calciumkanäle.Insbesondere ist es ein Ligand der Hilfsstelle der α2δ-Untereinheit bestimmter spannungsabhängiger Calciumkanäle (VDCCs) und wirkt dadurch als Inhibitor von α2δ-Untereinheiten enthaltenden VDCCs.Es gibt zwei arzneimittelbindende α2δ-Untereinheiten, α2δ-1 und α2δ-2, und Pregabalin zeigt eine ähnliche Affinität für (und daher einen Mangel an Selektivität zwischen) diesen beiden Stellen.Pregabalin bindet selektiv an die α2δ-VDCC-Untereinheit.Trotz der Tatsache, dass Pregabalin ein GABA-Analogon ist, bindet es nicht an die GABA-Rezeptoren, wandelt sich in vivo nicht in GABA oder einen anderen GABA-Rezeptoragonisten um und moduliert nicht direkt den GABA-Transport oder -Metabolismus.Es wurde jedoch festgestellt, dass Pregabalin eine dosisabhängige Erhöhung der Gehirnexpression von L-Glutaminsäuredecarboxylase (GAD), dem Enzym, das für die Synthese von GABA verantwortlich ist, hervorruft und daher einige indirekte GABAerge Wirkungen haben kann, indem es die GABA-Spiegel im Gehirn erhöht.Derzeit gibt es keine Hinweise darauf, dass die Wirkung von Pregabalin durch einen anderen Mechanismus als die Hemmung von α2δ-haltigen VDCCs vermittelt wird.Dementsprechend scheint die Hemmung von α2δ-1-enthaltenden VDCCs durch Pregabalin für seine antikonvulsiven, analgetischen und anxiolytischen Wirkungen verantwortlich zu sein.
Die endogenen α-Aminosäuren L-Leucin und L-Isoleucin, die Pregabalin und den anderen Gabapentinoiden in ihrer chemischen Struktur sehr ähneln, sind scheinbare Liganden der α2δ-VDCC-Untereinheit mit ähnlicher Affinität wie die Gabapentinoide (z. B. IC50 = 71 nM für L- Isoleucin) und sind im menschlichen Liquor in mikromolaren Konzentrationen vorhanden (z. B. 12,9 μM für L-Leucin, 4,8 μM für L-Isoleucin).Es wurde die Theorie aufgestellt, dass sie die endogenen Liganden der Untereinheit sein könnten und dass sie die Wirkungen von Gabapentinoiden kompetitiv antagonisieren könnten.Während Gabapentinoide wie Pregabalin und Gabapentin nanomolare Affinitäten zur α2δ-Untereinheit aufweisen, liegen ihre Potenzen in vivo im niedrigen mikromolaren Bereich, und es wurde gesagt, dass die Konkurrenz um die Bindung durch endogene L-Aminosäuren wahrscheinlich für diese Diskrepanz verantwortlich ist.

In einer Studie wurde festgestellt, dass Pregabalin eine 6-fach höhere Affinität für α2δ-Untereinheiten enthaltende VDCCs besitzt als Gabapentin.Eine andere Studie ergab jedoch, dass Pregabalin und Gabapentin ähnliche Affinitäten für die menschliche rekombinante α2δ-1-Untereinheit hatten (Ki = 32 nM bzw. 40 nM).Auf jeden Fall ist Pregabalin als Analgetikum 2- bis 4-mal wirksamer als Gabapentin und scheint bei Tieren als Antikonvulsivum 3- bis 10-mal wirksamer zu sein als Gabapentin.