Il nitroprussiato sodico agisce come vasodilatatore su arteriole e, in maniera minore, sulle venule fungendo da donatore di monossido di azoto (NO). Per questa sua attività, come il diazossido, è somministrato per via endovenosa nei casi di emergenze ipertensive. Il meccanismo d'azione prevede la cessione diretta di NO, al contrario della Nitroglicerina dove la cessione di monossido d'azoto è operata da una reazione di ossidoriduzione con glutatione. L'NO poi attiva nelle cellule muscolari lisce la guanilato ciclasi che ciclizza il GTP a dare GMP ciclico. Il GMP ciclico (cGMP) quindi, tramite la protein chinasi cGMP-dipendente (PKG) stimola il movimento di calcio dal citoplasma al reticolo sarcoplasmatico diminuendo quindi la concentrazione di calcio citosolico a disposizione per la calmodulina e inducendo rilassamento muscolare.