La psilocina è un agonista parziale di diversi recettori della serotonina, anche se l'attivazione del recettore serotoninergico 5HT2A sembra giocare un ruolo essenziale nel suo meccanismo d'azione. La psilocina ha alta affinità per i recettori 5-HT2B e 5-HT2C ed una efficacia leggermente minore per i 5-HT2A. Quella per i recettori 5-HT1 è invece bassa, compresi i 5-HT1A e 5-HT1D. Diverse ricerche mostrano che molti degli effetti soggettivi della psilocibina siano in realtà dovuti anche all'interazione con recettori diversi dai 5-HT2: ad esempio la psilocina incrementa indirettamente i livelli di dopamina nei gangli alla base pur non interagendo direttamente con i recettori D2 della dopamina, a differenza di altri composti dai simili effetti come l'LSD.