Механизм действия антагонистов кальция связан с торможением входа ионов кальция внутрь клеток через потенциал-зависимые медленные кальциевые каналы L-типа. Эти каналы локализованы на поверхности цитоплазматической мембраны кардиомиоцитов, клеток синусового и атриовентрикулярного узлов, клеток гладкой и поперечно-полосатой мускулатуры. Они образованы крупной α1-субъединицей, формирующей собственно канал, а также более мелкими дополнительными субъ-единицами - α2, β, γ, δ. Каждая α1-субъединица состоит из четырёх гомологичных доменов (I, II, III, IV), каждый домен - из шести трансмембранных сегментов (S1-S6). Антагонисты кальция взаимодействуют с α1-субъединицей канала L-типа. Блокада производными фенилалкиламина кальциевых каналов миокарда приводит к уменьшению использования энергии фосфатных связей для механической работы сердца и вызывает угнетение сократимости миокарда - отрицательный инотропный эффект. Блокада производными фенилалкиламина кальциевых каналов L-типа синусового и атриовентрикулярного узлов приводит к угнетению пейсмекерной активности синусового узла - отрицательный батмотропный эффект, а также проводимости атриовентрикулярного узла - отрицательный дромотропный эффект. Производные бензотиазепина имеют сходный механизм отрицательного ино-, батмо- и дромотропного действия. Все антагонисты кальция блокируют кальциевые каналы L-типа гладкой мускулатуры сосудов, что приводит к нарушению фосфорилирования лёгких цепей миозина и вазодилатации. Дигидропиридиновые антагонисты кальция, оказывая более выраженное вазодилатирующее действие, вызывают барорефлекторное повышение симпатического тонуса, в результате чего их отрицательный инотропный эффект нивелируется. Антагонисты кальция вызывают расслабление периферических и коронарных артерий и почти не влияют на тонус вен.