本品进入体内后,从氨甲酰胺键处断裂为两部分,一部分为氯乙胺,将氯解离,形成乙烯正碳离子(CH2=CH+),发挥烷化作用,使DNA断裂,抑制核酸及蛋白质合成;另一部分为氨甲酰基部分可转化为异氟酸酯,或转化为氨甲酸与蛋白质,特别是其中的赖氨酸末端氨基等发挥氨甲酰化作用,此作用主要与骨髓抑制有关,另外氨甲酰化作用可破坏某些酶蛋白而起抗肿瘤作用。卡莫司汀烷化DNA和RNA,抑制DNA和RNA合成,为细胞周期非特异性药物,处于G1?S期边界或S早期的细胞对之最敏感,对G2期抑制作用强于卡莫司汀。本品与一般烷化剂无交叉耐药,与长春新碱、甲基苄肼(PCZ)及抗代谢剂亦无交叉耐药,但与卡莫司汀呈交叉耐药。