La trimebutina agisce come un agonista dei recettori encefalinergici dell'apparato gastrointestinale, e mostra un'azione di tipo encefalinosimile, ovvero determina una riduzione del dolore e dello spasmo simulando l'azione delle encefaline, sostanze endogene dal profilo simile a quello delle endorfine. L'azione è mediata dalla interazione di tipo agonistico della molecola con i recettori periferici degli oppiacei di tipo mu, kappa e delta. Il dato è confermato dal fatto che anche semplicemente bassi dosaggi di naloxone sono in grado di inibire la stimolazione indotta da trimebutina.