Gli H2-antagonisti sono chimicamente analoghi dell'istamina, e in sostituzione del gruppo etilaminico di quest'ultima presentano una voluminosa catena laterale. Questo permette loro di inibire competitivamente l'azione dell'istamina sui recettori H2. Sono molecole altamente selettive, che non agiscono sui recettori H1 e hanno scarsissimi effetti sui recettori H2 situati fuori dalla parete gastrica, ad esempio quelli situati nella muscolatura liscia dei vasi sanguigni o nella parete bronchiale. Trattandosi di molecole idrofile, gli H2-antagonisti penetrano la barriera emato-encefalica solo in quantità limitata e non hanno effetti sul sistema nervoso centrale, come accade per la maggior parte degli antistaminici che agiscono sui recettori H1.