Цисплатин обладает биохимическими свойствами, подобными бифункциональным алкилирующим агентам. Он ингибирует синтез ДНК путем формирования перекрестных связей (сшивок) внутри нитей ДНК и между ними. Синтез белка и РНК также угнетается, но в меньшей степени.
Хотя противоопухолевое действие цисплатина связано преимущественно с ингибированием синтеза ДНК, другие механизмы, включая повышение иммуногенности опухолей, могут быть вовлечены в его антинеопластическое действие. Онколитическое действие цисплатина сравнимо с действием алкилирующих веществ. Цисплатин также обладает иммуносупрессивными и антимикробными свойствами и повышает чувствительность к облучению. Действие цисплатина на клетки не зависит от фазы цикла.