La molecola della nicotina è chirale; l'enantiomero presente in natura è quello S(–). Durante la combustione del tabacco avviene una parziale racemizzazione; il fumatore è quindi esposto anche all'enantiomero R(+). L'enantiomero S(–) si lega ai recettori nicotinici, mentre l'enantiomero R(+), fisiologicamente meno attivo, è un antagonista dei recettori colinergici.