La streptomicina è un inibitore della sintesi proteica. Si lega all'rRNA 16S della subunità 30S e impedendole di interagire col formil-metionil-tRNA (il che dovrebbe essere il primo passo della sintesi proteica, essendo la formil-metionina l'unico amminoacido in grado di iniziare il processo di sintesi). Questo porta a errori di lettura, inibizione della sintesi proteica e infine morte del batterio attraverso meccanismi non ancora del tutto chiariti. Il legame della molecola alla subunità 30S potrebbe interferire con l'associazione della subunità 50S al filamento mRNA. Il complesso ribosoma-mRNA ne risulterebbe così destabilizzato, porterebbe a mutazioni frameshift e sintesi proteica difettosa, portando alla morte la cellula. Le differenze esistenti fra i ribosomi umani e quelli batterici permette al farmaco di aggredire solo i secondi, risultando poco tossico per l'uomo. La streptomicina è efficace contro batteri sia Gram positivi che Gram negativi ed è quindi un utile antibiotico ad ampio spettro.