Прегабалин не е GABAA или GABAB рецепторен агонист.
Прегабалинът е габапентиноид и действа чрез инхибиране на определени калциеви канали.По-конкретно, това е лиганд на спомагателното място на α2δ субединица на определени напрежение-зависими калциеви канали (VDCCs) и по този начин действа като инхибитор на VDCC, съдържащи α2δ субединица.Има две лекарствено-свързващи α2δ субединици, α2δ-1 и α2δ-2, и прегабалинът показва подобен афинитет към (и следователно липса на селективност между) тези две места.Прегабалинът е селективен в свързването си с α2δ VDCC субединицата.Въпреки факта, че прегабалинът е GABA аналог, той не се свързва с GABA рецепторите, не се превръща в GABA или друг GABA рецепторен агонист in vivo и не модулира директно GABA транспорта или метаболизма.Установено е обаче, че прегабалин предизвиква зависимо от дозата повишаване на мозъчната експресия на L-глутаминова киселина декарбоксилаза (GAD), ензима, отговорен за синтезирането на GABA, и следователно може да има някои индиректни GABAergic ефекти чрез повишаване на нивата на GABA в мозъка.Понастоящем няма доказателства, че ефектите на прегабалин се медиират от някакъв механизъм, различен от инхибиране на α2δ-съдържащи VDCCs.В съответствие с това, инхибирането на α2δ-1-съдържащи VDCCs от прегабалин изглежда е отговорно за неговите антиконвулсантни, аналгетични и анксиолитични ефекти.
Ендогенните α-аминокиселини L-левцин и L-изолевцин, които много наподобяват прегабалин и другите габапентиноиди по химична структура, са очевидни лиганди на α2δ VDCC субединицата с подобен афинитет като габапентиноидите (например, IC50 = 71 nM изолевцин) и присъстват в човешката гръбначно-мозъчна течност в микромоларни концентрации (напр. 12,9 μM за L-левцин, 4,8 μM за L-изолевцин).Предполага се, че те могат да бъдат ендогенните лиганди на субединицата и че могат да противодействат конкурентно на ефектите на габапентиноидите.Съответно, докато габапентиноидите като прегабалин и габапентин имат наномоларен афинитет към α2δ субединицата, тяхната сила in vivo е в ниския микромоларен диапазон и се смята, че конкуренцията за свързване от ендогенни L-аминокиселини вероятно е отговорна за това несъответствие.

Установено е, че прегабалин притежава 6 пъти по-висок афинитет от габапентин към VDCC, съдържащи α2δ субединици в едно проучване.Въпреки това, друго проучване установи, че прегабалин и габапентин имат сходен афинитет към човешката рекомбинантна α2δ-1 субединица (Ki = 32 nM и 40 nM, съответно).Във всеки случай прегабалинът е 2 до 4 пъти по-мощен от габапентина като аналгетик и при животни изглежда 3 до 10 пъти по-мощен от габапентин като антиконвулсант.