ウスにおける治療上適切な用量 (5、10 mg/kg) は、認知機能の適応性に影響が生じ、対照群と比較して記憶障害と異常な混乱が示されている。動物実験で身体的依存が認められた。アカゲザルを用いて検討した結果、退薬症候の発現が示唆された。アカゲザルでは、血中濃度650ng/mL以下で身体依存性が形成される可能性はほとんどないと示唆された。なお、ヒトへ20mg/日を反復投与した時の血中濃度は約130ng/mLである。
ドーパミンD₂受容体アゴニストとして作用する。NMDA型グルタミン酸受容体と比較し、同等かわずかに高い親和性を有している。ラット線条体D₂（High）受容体における[3H]-ドンペリドンに対するメマンチンの解離定数（Kd）は917±23nMである。ヒト クローンD₂（Long）受容体への親和性は137±19nMである。線条体NMDA受容体における[3H]-MK-801に対するメマンチンの解離定数（Kd）は2,200±400nMである。NMDA受容体およびドーパミンD₂（High）受容体におけるメマンチンの効力は同等である。メマンチンの臨床的特徴は、その両方の受容体への作用に起因する可能性がある。NMDA受容体チャネルのフェンサイクリジン結合部位に結合する[3H]-MK-801（5nM）に対しメマンチンは濃度依存的な置換活性を示し、IC₅₀=1.47µM（Kᵢ=0.67µM）でMK-801（Kd=0.0041µM）よりも親和性は低かった。Aβ₂₅₋₃₅＋グルタミン酸への神経保護IC₅₀は0.13µMである。NMDA受容体に結合し、その働きを抑制することにより脳の神経細胞の過剰な興奮による細胞死を防ぐ。一方、高濃度では神経細胞の壊死や空胞化が認められている。
添付文書に記載されている重大な副作用は、痙攣、失神、意識消失、精神症状（激越、攻撃性、妄想、幻覚、錯乱、せん妄）、肝機能障害、黄疸、横紋筋融解症である。過量投与の症状（外国人における報告）メマンチン塩酸塩400mg服用患者において、不穏、幻視、痙攣、傾眠、昏迷、意識消失等があらわれ、また、メマンチン塩酸塩2,000mg服用患者において、昏睡、複視および激越があらわれ、それぞれ回復したとの報告がある。メマンチンとドネペジルを2歳女児が意図しない摂取したケースが報告されている。視覚的な幻覚症状のために発見された。入院して大規模な神経学的検査や感染症検査を行い、脳波を除いて異常はみられなかった。非特異的な脳障害と診断された。72時間の対症療法で回復した。病院到着時の血中濃度はドネペジル470 ng/mL（治療範囲：25-50 ng/mL）、メマンチン32 ng/mL（治療範囲：70-150 ng/mL）であった。メマンチンとドネペジルの意図しない摂取が小児患者に重大かつ長期の神経学的症状を引き起こす可能性があることを示している。
日本では国内の臨床試験が、第一三共グループのアスビオファーマによって行われ、2011年1月21日に「症状の進行抑制」について製造販売承認され、同年6月8日に商品名メマリーが第一三共から発売された。メマリーは、病態の進行を抑制する成績は得られていない。
小児・青年期の自閉症スペクトラム、ADHD、強迫性障害などに対して有益な効果を示す証拠がそれぞれに複数あるが、証拠は限られたもので、定期的な使用の根拠としては不十分である。さらなる有効性の検証が、盲検化したランダム化比較試験で示されるまでは適応外使用のままである。。線維筋痛症や神経因性疾患の慢性疼痛を軽減するとの研究もあるが、2019年のシステマティックレビューから15研究が見つかり、疼痛の減少が小さく、めまいを増加させた。決定的な研究が実施されるまで推奨できない。。オピオイドに身体依存を起こしたヒトでの離脱症状の重症度を減少させる8人でのごく小規模な試験がある。オピオイド依存症の治療に有用な補助薬であることを示唆している。
2月に今年から新設された世界室内ツアー（全4戦）男子60mに参戦すると、1戦目のカールスルーエ大会と2戦目のボストン大会で優勝するなど、4戦全てに出場して合計32ポイントを獲得。60mの初代ツアーチャンピオンに輝き、ツアーチャンピオンに与えられる3月のポートランド世界室内選手権の出場権（ワイルドカード）も獲得した。3月のポートランド世界室内選手権男子60mに世界室内ツアーチャンピオンとして出場すると、予選を6秒57の組1着、準決勝を6秒51の組2着で突破。5年ぶりに決勝の舞台に立ったが、6秒54とタイムを落とし6位に終わった。7月の全米選手権（リオデジャネイロオリンピックトライアル）に出場すると、男子100mは決勝で10秒00（+1.6）の4位に終わり、3位のマービン・ブレーシーとは0秒02差で100m代表の座を逃した。200mは20秒94（-1.1）で準決勝敗退となり、個人種目でのアメリカ代表の座は逃したが、4×100mリレーのアメリカ代表に選出された。8月のリオデジャネイロオリンピック男子4×100mリレーでオリンピック初出場を果たすと、予選と決勝で1走を務め、ロジャース、ジャスティン・ガトリン、タイソン・ゲイ、トレイボン・ブロメルのオーダーで臨んだ決勝は37秒62をマークしての3位に貢献。初出場のオリンピックでメダルを獲得したかに思われたが、ロジャースとガトリンのバトンの受け渡しの際に、テークオーバーゾーン（バトンの受け渡しができる範囲）の手前でガトリンがバトンに触れたとして失格となった。失格の事実を知ったのは、ガトリン、ゲイと共にアメリカ国旗を身にまとい場内を一周している時だった（ブロメルは怪我のため不在）。