La colistina è un policatione e presenta domini sia idrofili sia lipofili. Queste regioni policationiche interagiscono con la membrana batterica esterna, alterandone la struttura soprattutto attraverso l'interazione con il lipopolisaccaride. Le regioni idrofobiche e idrofiliche interagiscono con la membrana citoplasmatica come un detergente, solubilizzando la membrana in ambiente acquoso.