莫達非尼能提高正常人群的中樞興奮性，口服莫達非尼后第1小時到第22小時的腦電圖監測表明，反映警覺能力高低的α/θ值升高，偶發的微眠波幾乎被完全抑制。對睡眠剝奪人群，睡眠剝奪會造成人的警覺能力和作業能力的下降，服用莫達非尼能有效改善這種狀況。研究表明，經過一整夜的睡眠剝奪后，服用200毫克莫達非尼，志愿者的心理運動能力明顯高于服用安慰劑組；在長達60小時的睡眠剝奪期間，每隔8小時服用莫達非尼200毫克，仍能較好地維持睡眠剝奪者的中樞處于一定的興奮狀態，使他們保持相當的警覺能力和作業能力。莫達非尼還具有一定的神經保護作用，用腦損傷動物模型研究發現，莫達非尼能有效地拮抗1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶產生的神經毒作用，使癥狀得到明顯緩解。莫達非尼的神經保護作用還分別在紋狀體機械損傷模型和缺血損傷模型中得到證實。莫達非尼中樞興奮作用與腦中抑制性遞質γ-氨基丁酸的減少有關，并受5-羥色胺（5-HT）和去甲腎上腺素的調控。研究中發現，莫達非尼的中樞興奮作用可能是通過增加谷氨酰胺合成酶，從而減少GABA的生成，并促進神經細胞的解毒功能和能量代謝活動而起作用的。