磷酸氟达拉滨被快速地去磷酸化成为氟达拉滨(2F-ara-A),后者可以被细胞摄取,然后被细胞内的脱氧胞苷激酶磷酸化后成为有活性的三磷酸盐 2F-ara-ATP。该代谢产物可以通过抑制核苷酸还原酶、DNA 聚合酶α、δ和Σ,DNA 引物酶和 DNA 连接酶从而抑制 DNA 的合成。此外,还可以部分抑制 RNA 聚合酶Ⅱ从而减少蛋白的合成。
虽然对于 2F-ara-ATP 的作用机理在某些方面还不十分清楚,推断主要是通过影响 DNA、RNA 和蛋白质的合成而抑制细胞生长,其中抑制 DNA 的合成是其主要作用。另外,体外研究显示,慢性淋巴细胞白血病(CLL)的淋巴细胞用 2F-ara-A 处理后,出现广泛的 DNA 断裂和以凋亡为特征的细胞死亡。
潜在的遗传毒性,致癌性:对磷酸氟达拉滨的研究发现,在姐妹染色体交换实验中其可引起 DNA 损伤;在体外细胞遗传学实验中其可引起染色体的异常;在小鼠体内微核实验其可增加微核率。但是在基因突变的实验和雄性小鼠的主要致死实验却是阴性结果。因此,磷酸氟达拉滨的致突变可能性主要表现在体细胞,而不是在生殖细胞。已知的磷酸氟达拉滨在 DNA 水平的作用和致突变实验的结果,使人们有理由推测磷酸氟达拉滨有致癌的可能性。由于注射用磷酸氟达拉滨治疗导致继发肿瘤风险增加的推测只能用流行病学资料加以证实,因此没有开展直接研究磷酸氟达拉滨致肿瘤作用的动物实验。