L'astemizolo esplicava il suo effetto terapeutico attraverso il blocco reversibile dei recettori istaminici H1; tale blocco portava a una riduzione delle risposte allergiche come l'eritema, il prurito, starnuti, rinorrea ed eritema congiuntivale. Aveva una formula di struttura simile alla terfenadina e all'aloperidolo (un farmaco antipsicotico) e possedeva anche una leggere attività anticolinergica.