Il piracetam non interagisce con i recettori GABAergici, come ritenuto in precedenza, né con alcuno dei recettori per neurotrasmettitori non-peptidici. Sembra che il suo bersaglio più probabile sia un subtipo di recettore per il glutammato, chiamato recettore ionotropico AMPA. La stimolazione di questo recettore si accoppia alla idrolisi dei fosfoinositidi delle membrane neuronali. La successiva genesi di diacilglicerolo ed inositolo-1,4,5-trifosfato (secondi messaggeri), mette in moto una serie di cascate di proteina chinasi che culmina nell'attivazione delle chinasi attivate da mitogeni (Mitogen-Activated Protein Kinases; MAPKs). A livello neuronale, queste chinasi fosforilano substrati importanti per il consolidamento molecolare della memoria, come molecole del citoscheletro e fattori di trascrizione.