La maggior parte dei TCA agiscono principalmente come inibitori non selettivi della ricaptazione di serotonina e noradrenalina (SNRI) bloccando rispettivamente il trasportatore della serotonina (SERT) e della noradrenalina (NET). Ciò provoca un aumento della concentrazione sinaptica di questi neurotrasmettitori e pertanto un incremento nella trasmissione nervosa. I TCA hanno affinità trascurabile per il trasportatore della dopamina (DAT) e pertanto non hanno alcuna azione come inibitori della ricaptazione di dopamina. Si ritiene che sia la serotonina sia la noradrenalina svolgano un ruolo nella depressione e nell'ansietà, ed è dimostrato che un aumento della loro attività ha effetti positivi su questi disordini mentali.