La clorochina è anche un agente lisosomotropico, si accumula preferenzialmente nei lisosomi. Il pKa per l'azoto chinolinico della clorochina è 8,5, quindi è deprotonato per circa il 10% a pH fisiologico (calcolato tramite l'equazione di Henderson-Hasselbalch). La deprotonazione arriva allo 0,2% a pH lisosomiale di 4,6. Poiché la forma deprotonata è più permeabile alla membrana rispetto alla forma protonata, il composto viene intrappolato nei lisosomi.