La fluoxetina è in grado di legare e bloccare l'attività del trasportatore della serotonina senza evidenziare, a dosi terapeutiche, affinità significative per quelli della noradrenalina e della dopamina. Ciò si crede porti all'incremento delle concentrazioni di serotonina nel vallo sinaptico che può stimolare così più a lungo i suoi recettori. Fluoxetina ad alte dosi (60-80 mg), mostra una non trascurabile affinità per il recettore della serotonina 5HT2C, ciò potrebbe contribuire a rafforzarne gli effetti terapeutici.