พรีกาบาลินไม่ใช่ตัวรับ GABAA หรือตัวรับ GABAB
พรีกาบาลินเป็นกาบาเพนตินอยด์และออกฤทธิ์โดยการยับยั้งช่องแคลเซียมบางชนิดโดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันคือลิแกนด์ของตำแหน่งยูนิตย่อย α2δ เสริมของช่องแคลเซียมที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้า (VDCC) บางช่อง และด้วยเหตุนี้จึงทำหน้าที่เป็นตัวยับยั้งของ VDCC ที่มียูนิตย่อย α2δมีหน่วยย่อย α2δ ที่จับกับยาสองหน่วยคือ α2δ-1 และ α2δ-2 และพรีกาบาลินแสดงความสัมพันธ์ที่คล้ายคลึงกันสำหรับ (และด้วยเหตุนี้ไม่มีการเลือกระหว่าง) ไซต์ทั้งสองนี้พรีกาบาลินได้รับการคัดเลือกในการผูกมัดกับยูนิตย่อย α2δ VDCCแม้ว่าพรีกาบาลินจะเป็นอะนาลอกของ GABA แต่ก็ไม่ผูกมัดกับตัวรับ GABA ไม่แปลงเป็น GABA หรือตัวรับ GABA อื่นในร่างกาย และไม่ได้ปรับการขนส่งหรือเมตาบอลิซึมของ GABA โดยตรงอย่างไรก็ตาม พบว่าพรีกาบาลินสร้างการเพิ่มขึ้นของการแสดงออกของสมองของ L-glutamic acid decarboxylase (GAD) ที่เพิ่มขึ้นตามขนาดยา ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่มีหน้าที่ในการสังเคราะห์ GABA และอาจมีผลทางอ้อมบางอย่างของ GABAergic โดยการเพิ่มระดับ GABA ในสมองขณะนี้ยังไม่มีหลักฐานว่าผลของพรีกาบาลินเป็นตัวกลางโดยกลไกอื่นใดนอกจากการยับยั้ง VDCC ที่มี α2δตามความสอดคล้อง การยับยั้ง VDCC ที่มี α2δ-1 โดยพรีกาบาลินดูเหมือนจะรับผิดชอบต่อผลของยากันชัก ยาแก้ปวด และยาลดความวิตกกังวล
กรด α-อะมิโนภายในตัว L-leucine และ L-isoleucine ซึ่งคล้ายกับพรีกาบาลินและกาบาเพนตินอยด์อื่นๆ ในโครงสร้างทางเคมีอย่างใกล้ชิด เป็นลิแกนด์ที่ชัดเจนของหน่วยย่อย α2δ VDCC ที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับกาบาเพนตินอยด์ (เช่น IC50 = 71 นาโนโมลาร์สำหรับ L- ไอโซลิวซีน) และมีอยู่ในน้ำไขสันหลังของมนุษย์ที่ความเข้มข้นระดับไมโครโมลาร์ (เช่น 12.9 ไมโครโมลาร์สำหรับแอล-ลิวซีน, 4.8 ไมโครโมลาร์สำหรับแอล-ไอโซลิวซีน)มีการตั้งทฤษฎีว่าพวกมันอาจเป็นลิแกนด์ภายในร่างกายของยูนิตย่อย และพวกมันอาจต่อต้านผลกระทบของกาบาเพนตินอยด์ในเชิงแข่งขันตามนั้น ในขณะที่กาบาเพนตินอยด์ เช่น พรีกาบาลินและกาบาเพนตินมีสัมพรรคภาพนาโนโมลาร์สำหรับหน่วยย่อย α2δ ศักยภาพของพวกมัน ในร่างกาย อยู่ในช่วงไมโครโมลาร์ต่ำ และการแข่งขันสำหรับการจับโดยกรดแอล-อะมิโนภายในร่างกายได้รับการกล่าวว่ามีแนวโน้มที่จะรับผิดชอบต่อความคลาดเคลื่อนนี้

พบว่าพรีกาบาลินมีสัมพรรคภาพสูงกว่ากาบาเพนติน 6 เท่าสำหรับ VDCC ที่มียูนิตย่อย α2δ ในการศึกษาหนึ่งการศึกษาอย่างไรก็ตาม การศึกษาอื่นพบว่าพรีกาบาลินและกาบาเพนตินมีความสัมพันธ์ที่คล้ายคลึงกันสำหรับหน่วยย่อยลูกผสม α2δ-1 ของมนุษย์ (Ki = 32 นาโนโมลาร์ และ 40 นาโนโมลาร์ ตามลำดับ)ไม่ว่าในกรณีใด พรีกาบาลินมีฤทธิ์มากกว่ากาบาเพนติน 2 ถึง 4 เท่าในฐานะยาแก้ปวด และในสัตว์ ดูเหมือนว่าจะมีฤทธิ์มากกว่ากาบาเพนติน 3 ถึง 10 เท่าในฐานะยากันชัก