I gruppi sulfidrilici del dimercaprolo formano complessi solubili con i metalli (in particolare con arsenico, mercurio, oro) i quali non sono più in grado di legarsi ai ligandi dell'organismo, quali ad esempio gli enzimi che presentano anch'essi gruppi sulfidrilici (il gruppo funzionale proprio dei tioli o mercaptani). Il complesso metallo-chelante è formato da due molecole di dimercaprolo e da un atomo di metallo (2:1). 