L'ormone agisce a livello del dotto collettore (zona iperosmotica) dove promuove l'inserimento, a livello della membrana apicale delle cellule epiteliali tubulari, di proteine chiamate acquaporine (aquaporina-2s), che aumentano il riassorbimento dell'acqua. Vengono così escrete urine ridotte in volume e concentrate fino a 1200 mMol/l (antidiuresi). Viceversa per una diminuzione di osmolarità del plasma si avranno urine diluite (150 mMol/l).