Большинство существующих препаратов способствуют разрушению клеточной мембраны микроорганизма. Так, например, действуют пенициллины. Они связываются с ферментом-катализатором одной из стадий образования пептидных сшивок в муреине (основном компоненте клеточной оболочки грамположительных бактерий), потому что по своей структуре напоминают его субстрат. Другой своей частью — бета-лактамным кольцом — молекула антибиотика приближается к остатку серина в составе фермента и образует прочную с ним связь, которая блокирует активный центр. Этот процесс способствует синтезу ослабленной клеточной стенки и ведет к гибели клетки микроорганизма. Чаще всего такие антибиотики применяются вместе с ингибиторами бактериальных ферментов бета-лактамаз, которые могут нарушить структуру вещества. Сходным механизмом воздействия обладают и цефалоспорины.

Другой тип препятствует нормальной выработке белков, ингибируя трансляцию, воздействуя на рибосому, мРНК и проч. Некоторые классы антибиотиков — аминогликозиды и тетрациклины — мешают нормальному функционированию малой субъединицы рибосомы, то есть синтезу белка. Одни провоцируют появление ошибок при сборке белка с матричной РНК — в белковую последовательность встраиваются не те аминокислоты. Другие мешают связыванию малой субъединицы рибосомы с аминокислотой, которая должна продолжить синтезируемую цепь пептида.

Еще один класс антибиотиков мешает синтезу ДНК в процессе репликации, блокируя действия ферментов — гираз и топоизомераз. Эти энзимы необходимы для «разворачивания» двойной спирали ДНК в клетке: для этого требуется сделать надрез, а потом зашить одну из цепей. Но антибиотики вроде хинолонов и фторхинолонов ингибируют сшивку, из-за чего в ДНК остается одноцепочечный разрез. Преимущество использования таких препаратов в том, что они фармацевтически воздействуют исключительно на бактериальный фермент топоизомеразу IV. Также они оказывают эффект на ДНК-гиразу или топоизомеразу II, которая присутствует в эукариотических клетках. Поэтому этот класс антибиотиков применяется в качестве цитостатических препаратов.

Существуют и интеркалирующие агенты — препараты, встраивающиеся между парами оснований в двойной спирали ДНК и препятствующие и репликации, и транскрипции, например, антрациклиновый класс. Но химически ДНК в прокариотических и эукариотических клетках одинакова, поэтому подобные антибиотики очень токсичны для организма-носителя. Они применяются лишь для лечения злокачественных опухолей.

Ещё один интересный тип антибиотиков — транспортный. Они интегрируются в плазматическую мембрану бактерии и, работая как ионные каналы, выводят ионы из ее клетки, вследствие чего она погибает.