Mechanizm działania Leki przeciwpsychotyczne, na przykład haloperydol i chloropromazyna, działają poprzez blokowanie receptorów dopaminowych D2 w szlakach dopaminergicznych mózgu. Oznacza to, że uwalniana w tych szlakach dopamina wywołuje mniejszy efekt. Nadmiar wydzielanej dopaminy w szlaku mezolimbicznym (będącym jednym ze szlaków dopaminergicznych) jest z kolei powiązany z doświadczeniami psychotycznymi. Dodatkowo, leki przeciwpsychotyczne wykazują działanie antagonistyczne względem receptorów 5-HT2A. Niektóre allele kodujące receptory 5-HT2A zostały powiązane z podwyższonym ryzykiem schizofrenii i innych psychoz, zwłaszcza w przebiegu ciężkiej depresji. Neuroleptyki w mniejszym stopniu wpływają na receptory adrenergiczne, a także na histaminowe i w niektórych przypadkach na acetylocholinowe.
Leki te nie wywołują efektu narkotycznego, czyli nie mogą doprowadzić do uzależnienia, ale wiele z nich potęguje działanie narkotyków i alkoholu etylowego (mimo to niektóre są lub były stosowane w terapiach odwykowych, między innymi w celu przerwania efektu działania narkotyku, na przykład chloropromazyna (używana w celu przerwania działania LSD).