L'atomoxétine est un inhibiteur puissant et très sélectif du transporteur pré-synaptique de la noradrénaline, mécanisme d'action supposé, sans effet direct sur les transporteurs de la sérotonine ou de la dopamine. L'atomoxétine a une affinité minimale pour les autres récepteurs noradrénergiques ou pour les transporteurs ou récepteurs d'autres neurotransmetteurs. L'atomoxétine a deux métabolites oxydatifs majeurs : la 4-hydroxyatomoxétine et la N-déméthylatomoxétine. L'activité inhibitrice de la 4-hydroxyatomoxétine sur le transporteur de la noradrénaline est aussi puissante que l'atomoxétine mais, contrairement à l'atomoxétine, ce métabolite exerce également une activité inhibitrice sur le transporteur de la sérotonine. Cependant, un quelconque effet sur ce transporteur est vraisemblablement minime car la majeure partie de la 4-hydroxyatomoxétine est de nouveau métabolisée de sorte que sa concentration plasmatique est beaucoup plus basse (1 % de la concentration en atomoxétine chez les patients métaboliseurs rapides et 0,1 % de la concentration en atomoxétine chez les patients métaboliseurs lents). La N-déméthylatomoxétine a une activité pharmacologique considérablement plus faible que l'atomoxétine. Ce composé circule dans le plasma à faible concentration chez les sujets métaboliseurs rapides et à des concentrations comparables à celle de l'atomoxétine (molécule mère) à l'état d'équilibre, chez les sujets métaboliseurs lents.
L'atomoxétine n'est pas un psychostimulant et n'est pas un dérivé amphétaminique. Dans une étude randomisée, en double aveugle, contrôlée versus placebo évaluant le potentiel d'abus médicamenteux chez l'adulte, le type de réponse des patients traités par atomoxétine n'était pas évocateur de propriétés stimulantes ou euphorisantes.
