プレガバリンは、GABAA または GABAB 受容体アゴニストではありません。
プレガバリンはガバペンチノイドであり、特定のカルシウム チャネルを阻害することによって作用します。具体的には、これは特定の電位依存性カルシウムチャネル（VDCC）の補助α2δサブユニット部位のリガンドであり、それによってα2δサブユニットを含むVDCCの阻害剤として作用します。 2 つの薬物結合 α2δ サブユニット、α2δ-1 および α2δ-2 があり、プレガバリンはこれら 2 つの部位に対して同様の親和性を示します (したがって、これら 2 つの部位間には選択性がありません)。プレガバリンは、α2δ VDCC サブユニットへの結合において選択的です。プレガバリンは GABA 類似体であるという事実にもかかわらず、GABA 受容体に結合せず、生体内で GABA または別の GABA 受容体アゴニストに変換せず、GABA の輸送や代謝を直接調節しません。しかし、プレガバリンは、GABAの合成に関与する酵素であるL-グルタミン酸デカルボキシラーゼ（GAD）の脳発現を用量依存的に増加させることがわかっており、したがって、脳内のGABAレベルを増加させることによって間接的なGABA作動性効果を有する可能性があります。現在、プレガバリンの効果がα2δ含有VDCCの阻害以外のメカニズムによって媒介されるという証拠はありません。したがって、プレガバリンによるα2δ-1含有VDCCの阻害は、その抗けいれん作用、鎮痛作用、および抗不安作用の原因であると考えられる。
化学構造においてプレガバリンおよび他のガバペンチノイドによく似ている内因性αアミノ酸である L-ロイシンおよび L-イソロイシンは、ガバペンチノイドと同様の親和性を持つ α2δ VDCC サブユニットの明らかなリガンドです（例、L-ロイシンの IC50 = 71 nM）。イソロイシン)、ヒトの脳脊髄液中にマイクロモル濃度で存在します。 (例、L-ロイシンの場合は 12.9 μM、L-イソロイシンの場合は 4.8 μM)。これらはサブユニットの内因性リガンドである可能性があり、ガバペンチノイドの効果を競合的に拮抗する可能性があると理論化されています。したがって、プレガバリンやガバペンチンのようなガバペンチノイドはα2δサブユニットに対してナノモルの親和性を持っていますが、生体内でのその効力は低マイクロモルの範囲にあり、内因性L-アミノ酸による結合をめぐる競合がこの矛盾の原因である可能性が高いと言われています。

ある研究では、プレガバリンはα2δサブユニットを含むVDCCに対してガバペンチンより6倍高い親和性を有することが判明した。しかし、別の研究では、プレガバリンとガバペンチンがヒト組換えα2δ-1サブユニットに対して同様の親和性を有することが判明した（それぞれKi = 32 nMおよび40 nM）。いずれにせよ、プレガバリンは鎮痛剤としてガバペンチンよりも 2 ～ 4 倍強力であり、動物では抗けいれん剤としてガバペンチンより 3 ～ 10 倍強力であるようです。