Die Wirkmechanismen der ASMs sind nur teilweise aufgeklärt. Vereinfacht umfassen sie die Modulation spannungsabhängiger Natrium-, Kalzium- oder Kaliumkanäle, die durch eine GABA-vermittelte Inhibition durch Effekte am GABA-A-Rezeptor, dem GABA-Transporter-1 (GAT1)-Uptaketransporter, der GABA-Aminotransferase oder an anderen Bindungsstellen, die Interaktion mit Elementen der synaptischen Freisetzung (wie dem SV2A-Rezeptor oder der α2δ-Bindungsstelle) und schließlich der Blockade von ionotropen Glutamatrezeptoren, wie den 3-Hydroxy-5-methyl-4-Isoxazolpropionat (AMPA) -Rezeptoren, zustande kommen. Manche ASMs haben multiple Effekte, die zur Wirksamkeit beitragen. Lediglich für Everolimus liegt eine krankheitsspezifische Modulation (mTOR-Inhibition) vor. Ansonsten spielen die Wirkmechanismen bei der Wahl eines ASM zur Behandlung bestimmter Anfallsformen und Epilepsien nur bedingt eine Rolle. Bei Kombinationstherapien kann eine Gabe von Medikamenten mit verschiedenen Wirkmechanismen sinnvoll sein, dann aber eher zur Vermeidung von Störwirkungen als evidenzbasiert im Sinne einer sog. rationalen Pharmakotherapie. Es ist zwar naheliegend, bei anhaltenden Anfällen unter Medikation zusätzlich ein ASM zu wählen, das einen anderen Wirkmechanismus aufweist; der Zusatznutzen ist aber nicht bewiesen.