Местные анестетики непосредственно взаимодействуют со специфическими рецепторами мембранных натриевых каналов. Накапливаясь в мембранах нервных волокон и их окончаний, анестетики переходят в ионизированную (протоновую) форму. После этого они связываются с рецепторами, расположенными па внутренней стороне поверхности клеточной мембраны, и вызывают блок Na-каналов (ослабляют входящий натриевый ток), т.е. местные анестетики являются блокаторами натриевых каналов. Ионизированные (четвертичные) местные анестетики действуют внутри нервного волокна, а неионизированные соединения (например, анестезин) растворяются в мембране, блокируя Na-каналы. Как ионизированные, так и неионизированные молекулы местных анестетиков блокируют Na-каналы, предупреждая открытие h-ворот (т.е. вызывая инактивацию каналов), h-ворота представлены четырьмя позитивно заряженными спиралями, которые закрывают канал, продвигаясь к наружной части мембраны в ответ на ее деполяризацию.
Имеются данные, что местные анестетики снижают также проницаемость и для ионов калия и кальция, участвующих в регуляции проницаемости мембран для ионов натрия.
В итоге инактивируется так много Na - каналов, что число открытых Na-каналов падает ниже определенного минимума, необходимого для достижения критического уровня деполяризации. Препятствуя генерации потенциала действия и его распространению по волокнам, местные анестетики блокируют проведение нервных импульсов. Они не оказывают существенного влияния на потенциал покоя и пороговый потенциал.
Местные анестетики способны блокировать проведение возбуждения по всем нервным волокнам - чувствительным, вегетативным и двигательным. Чувствительность разных нервных волокон зависит от их толщины и степени миелинизации.
Более чувствительны к препаратам тонкие нервные волокна, нежели толстые, т.е. чувствительность волокон тем выше, чем меньше их диаметр. Однако при равных диаметрах осуществить блокаду проведения возбуждения по миелиновым волокнам легче, чем по безмиелиновым, поскольку у первых необходимо блокировать проведение только в перехватах Ранвье. В результате блокады тонких мякотных и безмякотных волокон типа А (дельта), В и С исчезает болевая и температурная чувствительность.
С помощью толстых мякотных нервов типа А (альфа, бета и гамма) осуществляется проведение других видов чувствительности - тактильной, ощущение давления, проприорецепция, а также выполнение двигательной функции, поэтому они более устойчивы к местноанестезирующему средству.