Прегабалин не е ГАБАА или ГАБАБ рецептор агонист.
Прегабалин е габапентиноид и делува со инхибиција на одредени калциумови канали. Поточно, тој е лиганд на местото на помошната α2δ подединица на одредени напонски зависни калциумови канали (VDCC), и на тој начин делува како инхибитор на VDCC кои содржат α2δ подединица. Постојат две α2δ подединици кои се врзуваат за лекови, α2δ-1 и α2δ-2, а прегабалин покажува сличен афинитет за (а со тоа и недостаток на селективност помеѓу) овие две места. Прегабалин е селективен во неговото врзување за α2δ VDCC субединицата. И покрај фактот дека прегабалин е аналог на ГАБА, тој не се врзува за ГАБА рецепторите, не се претвора во ГАБА или друг агонист на рецепторот на ГАБА in vivo и не директно го модулира транспортот или метаболизмот на ГАБА. Сепак, откриено е дека прегабалин произведува дозно зависно зголемување на мозочната експресија на L-глутаминска киселина декарбоксилаза (GAD), ензимот одговорен за синтетизирање на ГАБА, и оттука може да има некои индиректни ГАБАергични ефекти со зголемување на нивото на ГАБА во мозокот. Во моментов нема докази дека ефектите на прегабалин се посредувани од некој друг механизам освен инхибиција на VDCC кои содржат α2δ. Во согласност, инхибицијата на VDCC кои содржат α2δ-1 од страна на прегабалин се чини дека е одговорна за неговите антиконвулзивни, аналгетски и анксиолитички ефекти.
Ендогените α-амино киселини L-леуцин и L-изолеуцин, кои многу наликуваат на прегабалин и другите габапентиноиди во хемиската структура, се очигледни лиганди на α2δ VDCC подединица со сличен афинитет како габапентиноидите (на пр., IC50 = 71 nM за L- изолеуцин) и се присутни во човечката цереброспинална течност на микромолар концентрации (на пример, 12,9 μM за L-леуцин, 4,8 μM за L-изолеуцин). Теоретизирано е дека тие можат да бидат ендогени лиганди на подединицата и дека можат конкурентно да ги антагонизираат ефектите на габапентиноидите. Соодветно, додека габапентиноидите како прегабалин и габапентин имаат наномоларни афинитети за α2δ субединицата, нивните моќи in vivo се во низок микромоларен опсег и се вели дека конкуренцијата за врзување со ендогени L-амино киселини најверојатно е одговорна за ова несовпаѓање.

Беше откриено дека прегабалин поседува 6 пати поголем афинитет од габапентин за VDCC кои содржат α2δ подединица во една студија. Сепак, друга студија покажа дека прегабалин и габапентин имаат слични афинитети за човечката рекомбинантна α2δ-1 подединица (Ki = 32 nM и 40 nM, соодветно). Во секој случај, прегабалин е 2 до 4 пати помоќен од габапентин како аналгетик и, кај животните, се чини дека е 3 до 10 пати посилен од габапентин како антиконвулзивно средство.