La molecola è dotata di un ampio spettro di azione, assai simile a quello della ciprofloxacina, e risulta molto efficace nei confronti di svariati batteri Gram–positivi e Gram–negativi. Come tutti i chinoloni la norfloxacina agisce inibendo in modo selettivo i due tipi di enzima topoisomerasi, la DNA–girasi (conosciuta anche come topoisomerasi II) e la topoisomerasi IV.