La moclobemide inibisce fortemente ma in maniera reversibile l'attività degli enzimi Mono Amino Ossidasi, estensivamente espressi anche nel cervello e deputati principalmente alla degradazione dei neurotrasmettitori monoamine (serotonina, noradrenalina, dopamina ma anche altre monoamine come melatonina e triptamine). L'effetto finale del farmaco consiste quindi in un aumento della concentrazione intracellulare e extracellulare di questi composti, ciò si crede sia alla base dei suoi effetti psicoattivi. L'effetto di inibizione sulle MAO B, osservato nei ratti, negli essere umani è trascurabile soprattutto rispetto a quello sulla isoforma A: una dose singola di 300 mg di moclobemide è in grado di inibire nell'arco di 2 ore 80% delle MAO A e il 30% delle MAO B. È perciò classificato come un inibitore selettivo delle MAO-A. La somministrazione cronica determina una down-regulation dei recettori B-Adrenergici e di alcuni recettori serotoninergici.