Dobutamina este un stimulator direct al receptorilor β-adrenergici și este în general considerată un agonist β1-adrenergic selectiv. Mecanismul de acțiune al medicamentului este complex. Se consideră că acțiunea β-adrenergică se datorează stimulării activității adenilat ciclazei. La doze terapeutice, dobutamina are o activitate agonistă β2- și α1-adrenergică moderată la nivelul receptorilor, care este relativ stabilă și are efecte directe minime asupra vascularizației sistemice. Principalul efect al dobutaminei la doze terapeutice este stimularea cardiacă.