L'ossicodone, è un oppiaceo semisintetico agonista altamente selettivo per il recettore μ-oppioide (MOR). Questo recettore è il principale bersaglio biologico del neuropeptide endogeno oppioide β-endorfina. L'ossicodone ha una bassa affinità per il recettore δ-oppioide (DOR) e per il recettore κ-oppioide (KOR), per i quali è un agonista. Dopo che l'ossicodone si lega al MOR, viene rilasciata una proteina G, che inibisce il rilascio di neurotrasmettitori cellulari e diminuisce la produzione di cAMP, chiudendo i canali del calcio e aprendo i canali del potassio. Si ritiene che gli oppioidi come l'ossicodone producano i loro effetti analgesici tramite l'attivazione del MOR nel mesencefalo periacqueduttale e nel midollo rostrale ventromediale (RVM). La dipendenza viene causata dall'attivazione del percorso mesolimbico della ricompensa, inclusa l'area tegmentale ventrale, il nucleo accumbens e il nucleo pallido ventrale.