Атомоксетин является высокоселективным и мощным ингибитором пресинаптического переносчика норадреналина, вероятный механизм действия которого заключается в том, что он оказывает косвенное влияние на переносчиков серотонина и дофамина. Атомоксетин имеет минимальную аффинность с другими норадренергическими рецепторами или другими переносчиками, или рецепторами нейротрансмиттеров. Атомокситен имеет два главных окислительных метаболита – 4-гидроксиатомокситен и N-десметилатомокситин. 4-гидроксиатомоксетин имеет одинаковую с атомоксетином эффективность как ингибитор переносчика норадреналина, но в отличие от атомоксетина этот метаболит также имеет определенную ингибиторную активность в отношении переносчика серотонина.