Powoduje to zwiększenie stężenia jonów sodowych wewnątrz komórki, co z kolei hamuje działanie wymiennika sodowo-wapniowego i w efekcie uniemożliwia wypompowanie wapnia z wnętrza komórki, czego następstwem jest zwiększenie wewnątrzkomórkowego poziomu wapnia. Zwiększa przez to siłę i szybkość skracania się włókien mięśniowych (działanie inotropowe dodatnie). Digoksyna działa również batmotropowo dodatnio, czyli pobudza pobudliwość mięśnia sercowego (poprzez zmiany gradientu potasowego po obu stronach błony komórkowej).
Digoksyna wykazuje również działanie chronotropowe ujemne oraz dromotropowe ujemne – zwolnienie akcji serca i przewodzenia w węźle przedsionkowo-komorowym poprzez aktywację układu parasympatycznego a także bezpośredni wpływ hamujący na komórki węzła. Wywiera też hamujący wpływ na układ sympatyczny.
Oprócz działania na komórki mięśnia sercowego digoksyna wykazuje również wpływ na kanaliki nerkowe. Poprzez hamowanie pompy sodowej wtórnie zmniejsza wydzielanie reniny, nasilając przez to efekt natriuretyczny (czyli zwiększający wydalanie jonów sodowych z moczem) i, poprzez następcze zmniejszone wytwarzanie angiotensyny, rozszerzenie naczyń.