异环磷酰胺属是属于氧氮磷环类细胞毒性药物。从化学上讲,它与氮芥有关,是环磷酰胺的一种合成类似物。异环磷酰胺在体外是没有活性的,它在肝脏由微粒体酶类选择性活化。与此同时,其氧氮磷环 C-4 原子被羟基化。由此形成其初级代谢产物 4-羟基-异环磷酰胺,并与其异构体异醛磷酰胺形成动态平衡。异醛磷酰胺自发分解为丙烯醛和烷化代谢产物异环磷酰胺芥。丙烯醛是导致异环磷酰胺尿毒性的主要原因。另一条代谢途径是氯乙烯侧链的氧化和脱烷基。异醛磷酰胺的细胞毒性作用是由于其烷化代谢产物和 DNA 的相互作用。其首选攻击点是 DNA 的磷酸二酯键。烷基化导致 DNA 链的断裂和交联。在细胞周期中,通过 G2 期受阻。其细胞毒性不是细胞周期特异的。不能排除本品的交叉耐药性,主要指与其结构相关的细胞生长抑制剂比如环磷酰胺,但是也包括其它烷化剂。另一方面,已有报道异环磷酰胺对环磷酰胺耐药的或环磷酰胺治疗后复发的肿瘤常常仍然有效。