吡柔比星的化学结构与多柔比星相近，是多柔比星氨基糖部分第4'位OH基上的一个异构体。对癌细胞的作用机制主要是进入细胞内，迅速分布于细胞核，抑制DNA聚合酶α和β，阻碍核酸的合成。药物嵌入DNA的双螺旋链，使肿瘤细胞终止在G2期，不能进行到细胞分裂期，导致肿瘤细胞死亡。
