本品作用機制尚未完全闡明，實驗材料表明，鋰鹽能抑制去甲腎上腺素能和多巴胺能神經末梢遞質的釋放，增加突觸前膜對遞質的再攝取，并使突觸后膜受體敏感性降低，從而緩解躁狂癥狀。此外，它又能促進5-HT的合成，使腦內5-HT及其代謝物增高，使腦內神經遞質趨向平衡。這既有助于消除情感性精神病的癥狀，又有助于預防復發。上述變化，可能是通過鋰鹽引起的體內某些電解質（鈣、鉀、鎂）的細胞內外分布的改變，影響神經細胞的通透性，以及突觸功能的改變而實現的。現今尚未確定。據研究推測，本藥具有穩定情感作用，可能系由于鋰離子影響鉀、鈉離子的三磷酸腺苷酶活性，致使神經原間細胞膜鈉離子轉換功能改善，導致兒茶酚胺類神經遞質含量降低而致。亦有人認為鋰鹽可抑制腺苷酸環化酶而降低環酸腺苷含量，從而降低多巴胺受體的敏感性，產生藥效。此外，碳酸鋰尚可促進5-羥色胺合成，使5-羥色胺含量增加，亦有助于情緒的穩定。