La molecola è stabile in soluzione acida ed è in grado di inibire la sintesi del peptidoglicano: sostanzialmente l'ampicillina impedisce la formazione dei legami crociati tra le varie molecole di peptidoglicano (mureina), un componente fondamentale della parete cellulare batterica, e ne compromette la stabilità, rendendo così i batteri suscettibili allo shock osmotico.