Децитабін є аналогом деоксинуклеозиду цитидину, який у малих дозах селективно інгібує активність ДНК-метилтрансфераз, що призводить до гіпометилювання промоторної ділянки гену та наступної реактивації генів — супресорів пухлин, індукції клітинної диференціації або старіння клітин з подальшою запрограмованою загибеллю.