Цисплатин володіє біохімічними властивостями, подібними до біфункціональних алкілуючих агентів. Він інгібує синтез ДНК шляхом формування перехресних зв’язків (зшивок) всередині ниток ДНК і між ними. Синтез білка та РНК також пригнічується, проте меншою мірою.
Хоча протипухлинна дія цисплатину пов’язана переважно з інгібуванням синтезу ДНК, інші механізми, включаючи підвищення імуногенності пухлин, можуть бути залучені до його антинеопластичної дії. Онколітична дія цисплатину порівнянна з дією алкілуючих речовин. Цисплатин також має імуносупресивні та антимікробні властивості і підвищує чутливість до опромінення. Дія цисплатину на клітини не залежить від фази циклу.