Атомоксетин является высокоселективным и мощным ингибитором пресинаптического транспортера норадреналина, вероятный механизм действия которого заключается в том, что он оказывает косвенное влияние на транспортеры серотонина и дофамина. Атомоксетин имеет минимальную аффинность с другими норадренергическими рецепторами или другими транспортерами или рецепторами нейротрансмиттеров. Атомокситен имеет два главных окислительных метаболита – 4-гидроксиатомокситен и N-десметилатомокситин. 4-гидроксиатомоксетин имеет одинаковую с атомоксетином эффективность как ингибитор транспортера норадреналина, но, в отличие от атомоксетина, этот метаболит также имеет определенную ингибирующую активность по отношению к транспортеру серотонина.