Механизмът на действие на антимикробните консерванти се основава главно на разрушаването на микробните клетъчни структури и физиологични функции.
Първо, те разрушават клетъчната мембрана: активните съставки на някои антимикробни консерванти реагират с липидите и протеините в мембраните на микробните клетки, като по този начин променят пропускливостта на мембраната. Това води до изтичане на вътреклетъчно съдържание, което в крайна сметка води до смърт на микроби. Например, някои катионни консерванти могат да се адсорбират върху бактериални повърхности, променяйки електрическия потенциал на клетъчната мембрана и причинявайки увреждане на мембраната.
Второ, те инхибират ензимната активност: ензимите играят ключова роля в микробния метаболизъм, участвайки в широк спектър от биохимични реакции. Антимикробните консерванти се свързват с активните центрове на ензимите, правейки ги неактивни; това блокира метаболитните пътища и инхибира растежа и възпроизводството на микробите. Например някои консерванти,-съдържащи сяра, могат да реагират с ензимите в бактериалните клетки, като по този начин ги дезактивират.
Трето, те се намесват в генетичния материал: генетичният материал на микроорганизма управлява неговия растеж, възпроизводство и наследствени черти. Компонентите в антимикробните консерванти могат да взаимодействат с ДНК или РНК на микроорганизма, нарушавайки процесите на репликация и транскрипция и следователно предотвратявайки нормалното възпроизвеждане или оцеляване на микроорганизма. Например, някои консерванти, съдържащи специфични химически функционални групи, могат да се свържат с ДНК, като по този начин блокират нейната репликация. Различните видове антимикробни консерванти могат да дадат приоритет на един или няколко от тези механизми на действие за ефективно инхибиране и елиминиране на широк спектър от микроорганизми.
