I nitrati, grazie alla liberazione di ossido d'azoto, hanno un effetto di rilassamento della muscolatura liscia con conseguente vasodilatazione di arterie e vene periferiche. La capacità dell’isosorbide dinitrato di dilatare le arterie coronariche comporta un miglioramento della circolazione collaterale del miocardio. Oltre ad aumentare il flusso l’isosorbide diminuisce il pre-carico del cuore perché la dilatazione diminuisce il ritorno venoso al cuore riducendo pressione e volume ventricolare, e diminuisce anche il post-carico perché riduce la resistenza vascolare sistemica: questo comporta una diminuzione del lavoro del cuore e una diminuzione di consumo di ossigeno, incrementando quindi il rendimento cardiaco. L’azione vasodilatatrice dei nitrati promuove anche una miglior ridistribuzione del sangue in tutto il corpo aumentando anche la perfusione di quelle zone dove questa è parzialmente occlusa da lesioni arteriosclerotiche. Inoltre i nitrati hanno la capacità di rilasciare gli spasmi coronarici. È stato mostrato che i nitrati migliorano l’emodinamica a riposo e sotto sforzo in pazienti con insufficienza cardiaca congestizia. In questo effetto benefico sono coinvolti diversi meccanismi, fra cui un miglioramento del rigurgito valvolare (dovuto alla diminuzione della dilatazione ventricolare) e la riduzione della domanda cardiaca di ossigeno. Diminuendo la domanda di ossigeno e aumentando l’apporto di ossigeno, l’area di danno miocardico è ridotta. Pertanto isosorbide dinitrato potrebbe essere utile in alcuni pazienti che hanno avuto un infarto miocardico. Gli effetti su altri organi includono il rilassamento dei muscoli bronchiali e dei muscoli dei sistemi gastrointestinale, biliare e del tratto urinario. È stato riportato anche rilassamento della muscolatura liscia uterina.