Sotalolo è un antagonista competitivo non selettivo dei recettori beta 1 e beta 2 adrenergici, sprovvisto di attività simpaticomimetica intrinseca (ISA) o stabilizzatrice di membrana. L'azione beta antagonista (limitata all’isomero levogiro) si esplica principalmente a livello del nodo del seno, presso il quale l’inibizione del controllo simpatico aumenta la durata del ciclo pacemaker. Sotalolo, inoltre, riduce la conduzione attraverso il nodo atrioventricolare. Queste proprietà portano ad un effetto inotropo e cronotropo negativo, che riduce il lavoro del cuore e di conseguenza il suo consumo di ossigeno e la sua gittata. Sotalolo inoltre, come gli altri beta bloccanti, inibisce la secrezione di renina antagonizzando i recettori beta 1 delle cellule juxtaglomerulari del rene, bloccando a monte il sistema renina-angiotensina-aldosterone portando ad una riduzione della pressione sanguigna nei soggetti ipertesi.