相关四环素类抗生素相同，地美环素通过与30S核糖体亚基结合来抑制氨酰基结合tRNA，从而阻止细菌合成蛋白质。因其只是阻止细菌的生长而非直接杀死细菌，故此只是具有抑菌作用，而没有杀菌作用。地美环素通过干扰肾脏中抗利尿激素与加压素V2受体结合后的细胞内第二信使级联反应（特别是抑制腺苷酸环化酶活化）来抑制肾对抗利尿激素的反应。然而，地美环素如何实现这一功能还有待阐明。