Il meccanismo d'azione del Tofisopam non è stato ancora ben delucidato. A differenza delle altre benzodiazepine non si lega ai recettori del GABA ma mostra affinità per alcune isoforme degli enzimi fosfodiesterasi, in particolare la PDE2, PDE4, PDE10 (espressa estensivamente nello striato) dove agisce da inibitore. L'inibizione di questi enzimi altera il livello di fosforilazione dei secondi messaggeri (come l'adenosin monofosfato ciclico cAMP e guanosina monofosfato ciclico cGMP) che attivando diverse chinasi portano in definitiva a un aumento del livello di fosforilazione (e quindi alterazione dell'attività) di alcune proteine.