Ο μηχανισμός δράσης των αντιμικροβιακών συντηρητικών βασίζεται κυρίως στη διαταραχή των μικροβιακών κυτταρικών δομών και των φυσιολογικών λειτουργιών.
Πρώτον, διαταράσσουν την κυτταρική μεμβράνη: τα ενεργά συστατικά ορισμένων αντιμικροβιακών συντηρητικών αντιδρούν με τα λιπίδια και τις πρωτεΐνες στις μικροβιακές κυτταρικές μεμβράνες, μεταβάλλοντας έτσι τη διαπερατότητα της μεμβράνης. Αυτό οδηγεί σε διαρροή ενδοκυττάριου περιεχομένου, καταλήγοντας τελικά σε μικροβιακό θάνατο. Για παράδειγμα, ορισμένα κατιονικά συντηρητικά μπορούν να προσροφηθούν σε βακτηριακές επιφάνειες, αλλάζοντας το ηλεκτρικό δυναμικό της κυτταρικής μεμβράνης και προκαλώντας βλάβη στη μεμβράνη.
Δεύτερον, αναστέλλουν τη δραστηριότητα των ενζύμων: τα ένζυμα παίζουν καθοριστικό ρόλο στον μικροβιακό μεταβολισμό, συμμετέχοντας σε ένα ευρύ φάσμα βιοχημικών αντιδράσεων. Τα αντιμικροβιακά συντηρητικά συνδέονται με τις ενεργές θέσεις των ενζύμων, καθιστώντας τα ανενεργά. Αυτό μπλοκάρει τις μεταβολικές οδούς και αναστέλλει την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή των μικροβίων. Για παράδειγμα, ορισμένα συντηρητικά-που περιέχουν θείο μπορούν να αντιδράσουν με ένζυμα μέσα στα βακτηριακά κύτταρα, απενεργοποιώντας τα.
Τρίτον, παρεμβαίνουν στο γενετικό υλικό: το γενετικό υλικό ενός μικροοργανισμού διέπει την ανάπτυξη, την αναπαραγωγή και τα κληρονομικά του χαρακτηριστικά. Τα συστατικά των αντιμικροβιακών συντηρητικών μπορούν να αλληλεπιδράσουν με το DNA ή το RNA ενός μικροοργανισμού, διαταράσσοντας τις διαδικασίες αντιγραφής και μεταγραφής και, κατά συνέπεια, εμποδίζοντας τον μικροοργανισμό να αναπαραχθεί ή να επιβιώσει κανονικά. Για παράδειγμα, ορισμένα συντηρητικά που περιέχουν συγκεκριμένες χημικές λειτουργικές ομάδες μπορούν να συνδεθούν στο DNA, εμποδίζοντας έτσι την αντιγραφή του. Διαφορετικοί τύποι αντιμικροβιακών συντηρητικών μπορεί να δώσουν προτεραιότητα σε έναν ή περισσότερους από αυτούς τους μηχανισμούς δράσης για την αποτελεσματική αναστολή και εξάλειψη ενός ευρέος φάσματος μικροοργανισμών.
