Brotizolam si caratterizza per un'alta affinità ai recettori benzodiazepinici del sistema nervoso centrale (SNC), tra le più alte fra tutte le benzodiazepine, come evidenziato da studi eseguiti sugli animali. La benzodiazepina si lega a questi recettori determinando una riduzione del tempo necessario per addormentarsi, aumentando la durata complessiva del sonno e diminuendo il numero dei risvegli. Il farmaco possiede attività ansiolitica, ipnotica, anticonvulsivante, sedativa e rilassante muscolare. Le sue caratteristiche farmacologiche sono simili a quelle del triazolam.