Nilotinibul este un inhibitor puternic și selectiv al activității tirozin kinazei Abl a oncoproteinei Bcr-Abl, activă în liniile celulare și celulele leucemice primare cu cromozomul Philadelphia pozitiv. Medicamentul se leagă strâns de situsul de legare a ATP-ului, formând astfel un inhibitor puternic al Bcr-Abl de tip sălbatic și își menține activitatea împotriva a 32 din 33 de mutanți Bcr-Abl rezistenți la imatinib. Ca urmare a acestei activități biochimice, nilotinibul inhibă selectiv proliferarea și induce apoptoza în liniile celulare și celulele leucemice primare cu cromozomul Philadelphia pozitiv derivate de la pacienți cu leucemie mieloidă cronică (LMC). Într-un model murin de LMC, s-a demonstrat că administrarea orală de nilotinib în monoterapie reduce încărcătura tumorală și prelungește supraviețuirea.