Атомоксетин є високоселективним і потужним інгібітором пресинаптичного транспортера норадреналіну, вірогідний механізм дії якого полягає в тому, що він чинить непрямий вплив на транспортери серотоніну та дофаміну. Атомоксетин має мінімальну афінність з іншими норадренергічними рецепторами або іншими транспортерами чи рецепторами нейротрансмітерів. Атомоксетин має два головні окиснювальні метаболіти – 4‑гідроксіатомоксетин та N-десметилатомоксетин. 4-гідроксіатомоксетин має однакову з атомоксетином ефективність як інгібітор транспортера норадреналіну, але, на відміну від атомоксетину, цей метаболіт також має певну інгібуючу активність щодо транспортера серотоніну.