Добутамін є прямим стимулятором β-адренорецепторів та зазвичай вважається селективним β1-адренергічним агоністом. Механізм дії лікарського засобу складний. Вважається, що β-адренергічна дія відбувається внаслідок стимуляції активності аденілатциклази. У терапевтичних дозах добутамін володіє помірною β2- та α1- адренергічною агоністичною дією на рецептори, яка є відносно стабільною, та чинить мінімальну пряму дію на системні судини. Основним ефектом добутаміну в терапевтичних дозах є стимуляція серця.