Mekanisme kerja bahan pengawet antimikroba terutama didasarkan pada terganggunya struktur seluler mikroba dan fungsi fisiologisnya.
Pertama, mereka mengganggu membran sel: bahan aktif pengawet antimikroba tertentu bereaksi dengan lipid dan protein di dalam membran sel mikroba, sehingga mengubah permeabilitas membran. Hal ini menyebabkan kebocoran isi intraseluler, yang pada akhirnya mengakibatkan kematian mikroba. Misalnya, bahan pengawet kationik tertentu dapat teradsorpsi pada permukaan bakteri, mengubah potensial listrik membran sel dan menyebabkan kerusakan membran.
Kedua, mereka menghambat aktivitas enzim: enzim memainkan peran penting dalam metabolisme mikroba, berpartisipasi dalam beragam reaksi biokimia. Pengawet antimikroba mengikat situs aktif enzim, menjadikannya tidak aktif; ini menghalangi jalur metabolisme dan menghambat pertumbuhan dan reproduksi mikroba. Misalnya, bahan pengawet tertentu yang mengandung sulfur-dapat bereaksi dengan enzim di dalam sel bakteri, sehingga menonaktifkannya.
Ketiga, mereka mengganggu materi genetik: materi genetik mikroorganisme mengatur pertumbuhan, reproduksi, dan sifat keturunannya. Komponen dalam pengawet antimikroba dapat berinteraksi dengan DNA atau RNA mikroorganisme, mengganggu proses replikasi dan transkripsi, dan akibatnya mencegah mikroorganisme bereproduksi atau bertahan hidup secara normal. Misalnya, bahan pengawet tertentu yang mengandung gugus fungsi kimia tertentu dapat berikatan dengan DNA, sehingga menghalangi replikasinya. Berbagai jenis pengawet antimikroba mungkin memprioritaskan satu atau beberapa mekanisme kerja ini untuk secara efektif menghambat dan menghilangkan spektrum mikroorganisme yang luas.
