พรีกาบาลินไม่ใช่ตัวเอกของตัวรับ GABAA หรือ GABAB
พรีกาบาลินเป็นกาบาเพนตินอยด์และออกฤทธิ์โดยการยับยั้งช่องแคลเซียมบางชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันเป็นลิแกนด์ของตำแหน่งหน่วยย่อย α2δ เสริมของช่องแคลเซียมที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้า (VDCC) และด้วยเหตุนี้จึงทำหน้าที่เป็นตัวยับยั้ง VDCC ที่ประกอบด้วยหน่วยย่อย α2δ มีหน่วยย่อย α2δ ที่จับกับยาสองหน่วย ได้แก่ α2δ-1 และ α2δ-2 และพรีกาบาลินแสดงความสัมพันธ์ที่คล้ายกันสำหรับ (และด้วยเหตุนี้จึงขาดการเลือกระหว่าง) สองไซต์นี้ พรีกาบาลินเลือกจับกับหน่วยย่อย α2δ VDCC แม้ว่าพรีกาบาลินจะเป็นอะนาล็อกของ GABA แต่ก็ไม่ได้จับกับตัวรับ GABA ไม่แปลงเป็น GABA หรือตัวเอกของตัวรับ GABA อื่นในร่างกาย และไม่ปรับการขนส่งหรือเมตาบอลิซึมของ GABA โดยตรง อย่างไรก็ตาม พบว่าพรีกาบาลินสร้างการแสดงออกของสมองของ L-glutamic acid decarboxylase (GAD) เพิ่มขึ้นตามขนาดยา ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่สังเคราะห์ GABA และด้วยเหตุนี้จึงอาจมีผลทางอ้อมต่อ GABAergic โดยการเพิ่มระดับ GABA ในสมอง ขณะนี้ยังไม่มีหลักฐานว่าผลของพรีกาบาลินถูกสื่อกลางโดยกลไกใดๆ นอกเหนือจากการยับยั้ง VDCC ที่ประกอบด้วย α2δ ตามนั้น การยับยั้ง VDCCs ที่ประกอบด้วย α2δ-1 โดยพรีกาบาลินดูเหมือนจะรับผิดชอบต่อผลของยากันชัก ยาแก้ปวด และยาคลายความวิตกกังวล
กรด α-อะมิโนภายนอก L-ลิวซีน และแอล-ไอโซลิวซีน ซึ่งมีลักษณะใกล้เคียงกันอย่างใกล้ชิดกับพรีกาบาลินและกาบาเพนตินอยด์อื่นๆ ในโครงสร้างทางเคมี เป็นลิแกนด์ที่ชัดเจนของหน่วยย่อย α2δ VDCC ที่มีความสัมพันธ์คล้ายกันกับกาบาเพนตินอยด์ (เช่น IC50 = 71 nM สำหรับ L- ไอโซลิวซีน) และมีอยู่ในน้ำไขสันหลังของมนุษย์ที่ความเข้มข้นระดับไมโครโมลาร์ (เช่น 12.9 ไมโครโมลาร์สำหรับ L-ลิวซีน, 4.8 ไมโครโมลาร์สำหรับแอล-ไอโซลิวซีน) มีทฤษฎีที่ว่าพวกมันอาจเป็นลิแกนด์ภายนอกของหน่วยย่อย และพวกมันอาจเป็นปฏิปักษ์ต่อผลกระทบของกาบาเพนตินอยด์ในการแข่งขัน ตามที่สอดคล้อง ในขณะที่กาบาเพนตินอยด์ เช่น พรีกาบาลินและกาบาเพนตินมีความสัมพันธ์กันระดับนาโนโมลาร์สำหรับหน่วยย่อย α2δ ศักยภาพของพวกมัน ในร่างกาย อยู่ในช่วงไมโครโมลาร์ต่ำ และมีการกล่าวกันว่าการแข่งขันสำหรับการจับโดยกรด L-อะมิโนจากภายนอกมีแนวโน้มที่จะรับผิดชอบต่อความคลาดเคลื่อนนี้

พบว่าพรีกาบาลินมีความสัมพันธ์สูงกว่ากาบาเพนตินถึง 6 เท่าสำหรับ VDCC ที่ประกอบด้วยหน่วยย่อย α2δ ในการศึกษาหนึ่งเรื่อง อย่างไรก็ตาม การศึกษาอื่นพบว่าพรีกาบาลินและกาบาเพนตินมีความสัมพันธ์ที่คล้ายกันสำหรับหน่วยย่อย α2δ-1 ชนิดรีคอมบิแนนต์ของมนุษย์ (Ki = 32 นาโนโมลาร์ และ 40 นาโนโมลาร์ ตามลำดับ) ไม่ว่าในกรณีใด พรีกาบาลินมีฤทธิ์มากกว่ากาบาเพนติน 2 ถึง 4 เท่าในฐานะยาแก้ปวด และในสัตว์ทดลอง ดูเหมือนว่าจะมีฤทธิ์มากกว่ากาบาเพนติน 3 ถึง 10 เท่าในฐานะยาแก้ปวด