Atomoxetina este un inhibitor extrem de selectiv și potent al transportorului presinaptic de norepinefrină, al cărui mecanism de acțiune probabil este un efect indirect asupra transportorilor de serotonină și dopamină. Atomoxetina are o afinitate minimă pentru alți receptori noradrenergici sau pentru alți transportori sau receptori de neurotransmițători. Atomoxetina are doi metaboliți oxidativi majori, 4-hidroxiatomoxetina și N-desmetilatomoxetina. 4-hidroxiatomoxetina este la fel de puternică ca atomoxetina ca inhibitor al transportorului de norepinefrină, dar spre deosebire de atomoxetină, acest metabolit are și o oarecare activitate inhibitorie asupra transportorului de serotonină.