A pregabalina liga-se à subunidade α2δ dos canais de cálcio dependentes de voltagem no sistema nervoso central, reduzindo a liberação de neurotransmissores excitatórios, como glutamato, substância P e noradrenalina.

A pregabalina apresenta farmacocinética linear, elevada biodisponibilidade oral e é eliminada predominantemente na forma inalterada pelos rins, sofrendo metabolismo hepático mínimo.

Por não atuar diretamente sobre os receptores do ácido gama-aminobutírico (GABA), a pregabalina não exerce seu efeito terapêutico por agonismo GABAérgico, apesar de ser um análogo estrutural desse neurotransmissor.

A pregabalina exerce seu efeito analgésico principalmente por bloquear canais de sódio voltagem-dependentes, mecanismo compartilhado com anticonvulsivantes como carbamazepina e fenitoína, razão pela qual apresenta perfil de interações medicamentosas semelhante ao desses fármacos.