Nel SNC l'inibizione postsinaptica è mediata dall'acido γ-amminobutirrico (GABA), che una volta rilasciato dall'interneurone inibitorio si lega sulla membrana dei recettori postsinaptici causando l'apertura dei canali ionici per il cloro. I barbiturici aumentano le capacità del GABA di inibire la neurotrasmissione (meccanismo condiviso con le BDZ) attraverso il prolungamento del tempo di apertura del canale cloro nel complesso recettore - GABA-A con effetto iperpolarizzativo che causa l'inibizione. A differenza delle benzodiazepine i barbiturici possono aprire il canale cloro anche in assenza di GABA; questo avviene a concentrazioni più alte di quelle che occorrono per potenziare l'azione del GABA (azione GABA-mimetica) e queste concentrazioni sono anche molto maggiori di quelle richieste per un'anestesia efficace o per un trattamento farmaceutico.