Bendamustina este un derivat bifuncțional al micloretaminei care conține un inel benzimidazol asemănător purinei. Micloretamina și derivații săi formează grupări alchil electrofile. Aceste grupări formează legături covalente cu structuri nucleofile bogate în electroni, ducând la formarea de legături încrucișate intercatenare ale ADN-ului. Compusul covalent bifuncțional poate provoca moartea celulară pe mai multe căi. Bendamustina este activă atât împotriva celulelor latente, cât și împotriva celor aflate în diviziune. Mecanismul exact de acțiune al bendamustinei rămâne necunoscut.