齐多夫定为天然胸腺嘧啶核苷的合成类似物,其 3'-羟基(-OH)被叠氮基(-N3 )取代。在细胞内,齐多夫定在酶的作用下转化为其活性代谢物齐多夫定 5'-三磷酸酯(AztTP)。AztTP 通过竞争性利用天然底物脱氧胸苷 5'-三磷酸酯(dTTP)和嵌入病毒 DNA 来抑制 HIV 逆转录酶。嵌入的核苷类似物中 3-羟基的缺失,可阻断使 DNA 链延长所必须的 5'-3'磷酸二酯键的形成,从而使病毒 DNA 合成终止。活性代谢物 AztTP 还是细胞 DNA 聚合酶-α和线粒体聚合酶-γ的弱抑制剂,据报道可嵌入到体外培养细胞的 DNA 中。