Молнупиравир является пролекарством с противовирусной активностью против SARS-CoV-2. Он метаболизируется к аналогу цитидинового нуклеозида, NHC, который распределяется в клетках, где NHC фосфорилируется до образования фармакологически активного рибонуклеозидтрифосфата (NHC-TP). Включение NHC-TP (как NHC-монофосфат [NHC-MP]) в РНК SARS-CoV-2 вирусной РНК-полимеразой (nsp12) приводит к накоплению ошибок в вирусном геноме, что приводит к ингибированию репликации. Механизм действия (известный как катастрофа ошибок вируса или летальный мутагенез вируса) подтверждается данными биохимических анализов и клеточных культур, исследованиями инфекции SARS-CoV-2 на животных моделях и анализом последовательностей генома SARS-CoV-2 у людей, получавших молнупиравир.