Il sito d'azione sembra localizzato a livello di un componente del canale del cloro modulato dal GABA. I barbiturici deprimono i riflessi monosinaptici spinali come anche l'attività spontanea ed evocata nelle cellule del corno dorsale. L'azione a livello del midollo spinale contribuisce al quadro dell'anestesia da barbiturico. La formazione reticolare potrebbe avere un ruolo nella produzione della anestesia, come risulta da risvegli elettroencefalografici e comportamentali indotti dalla sua stimolazione. Il blocco della formazione reticolare sarebbe quindi una componente essenziale del meccanismo d'azione dei barbiturici a livello cerebrale.