Clorpropamide, similmente ad altre molecole della stessa classe (sulfaniluree) esercita la sua azione ipoglicemizzante determinando la secrezione di insulina da parte delle β-cellule funzionanti delle isole pancreatiche. La molecola possiede un'azione rapida, intensa e prolungata. Il meccanismo d'azione nei trattamenti a lungo termine sembra basarsi anche su altri fattori extra-pancreatici associati alle sulfaniluree, quali inibizione della produzione di glucosio da parte del fegato, riduzione della degradazione epatica dell'insulina endogena, e a livello periferico aumento della sensibilità dei tessuti periferici all'insulina (forse per aumento dei recettori insulinici).