La pregabalina no és un agonista del receptor GABAA o GABAB.
La pregabalina és un gabapentinoide i actua inhibint certs canals de calci.Concretament, és un lligand del lloc auxiliar de la subunitat α2δ de certs canals de calci dependents del voltatge (VDCC) i, per tant, actua com a inhibidor dels VDCC que contenen la subunitat α2δ.Hi ha dues subunitats α2δ d'unió a fàrmacs, α2δ-1 i α2δ-2, i la pregabalina mostra una afinitat similar per (i, per tant, manca de selectivitat entre) aquests dos llocs.La pregabalina és selectiva en la seva unió a la subunitat α2δ VDCC.Tot i que la pregabalina és un anàleg de GABA, no s'uneix als receptors de GABA, no es converteix en GABA o un altre agonista del receptor de GABA in vivo i no modula directament el transport ni el metabolisme de GABA.Tanmateix, s'ha trobat que la pregabalina produeix un augment depenent de la dosi en l'expressió cerebral de l'àcid L-glutàmic descarboxilasa (GAD), l'enzim responsable de sintetitzar GABA i, per tant, pot tenir alguns efectes indirectes GABAèrgics augmentant els nivells de GABA al cervell.Actualment no hi ha proves que els efectes de la pregabalina estiguin mediats per cap mecanisme que no sigui la inhibició dels VDCC que contenen α2δ.D'acord amb això, la inhibició dels VDCC que contenen α2δ-1 per pregabalina sembla ser responsable dels seus efectes anticonvulsivants, analgèsics i ansiolítics.
Els α-aminoàcids endògens L-leucina i L-isoleucina, que s'assemblen molt a la pregabalina i als altres gabapentinoides en l'estructura química, són lligands aparents de la subunitat α2δ VDCC amb afinitat similar a la dels gabapentinoides (per exemple, IC50 = 71 nM per a L-). isoleucina) i estan presents al líquid cefaloraquidi humà a concentracions micromolars (per exemple, 12,9 μM per a L-leucina, 4,8 μM per a L-isoleucina).S'ha teoritzat que poden ser els lligands endògens de la subunitat i que poden antagonitzar competitivament els efectes dels gabapentinoides.D'acord, mentre que els gabapentinoides com la pregabalina i la gabapentina tenen afinitats nanomolars per a la subunitat α2δ, les seves potències in vivo es troben en el rang micromolar baix, i s'ha dit que la competència per la unió dels L-aminoàcids endògens és probablement responsable d'aquesta discrepància.

Es va trobar que la pregabalina posseïa una afinitat 6 vegades més gran que la gabapentina per als VDCC que contenen subunitats α2δ en un estudi.Tanmateix, un altre estudi va trobar que la pregabalina i la gabapentina tenien afinitats similars per a la subunitat α2δ-1 recombinant humana (Ki = 32 nM i 40 nM, respectivament).En qualsevol cas, la pregabalina és de 2 a 4 vegades més potent que la gabapentina com a analgèsic i, en animals, sembla ser de 3 a 10 vegades més potent que la gabapentina com a anticonvulsivant.