5-單硝酸異山梨酯在血管平滑肌與細胞內琉基結合，產生NO或S－亞硝基巰基化合物，兩者可激活鳥苷酸環(huán)化酶，使環(huán)鳥苷酸（cGMP）增多，加速鈣離子從細胞內釋出，抑制鈣離子內流，使細胞內鈣離子降低，從而舒張血管平滑肌。5-單硝酸異山梨酯的血管舒張作用呈劑量依賴性，隨著劑量的增加，依次擴張靜脈血管、冠狀動脈和阻力小動脈。
其主要作用機制為：
①靜脈擴張使血液潴留在外周，減少回必血量，降低必臟前負荷，降低室壁張力；擴張動脈血管，降低外周血管阻力，使收縮期動脈壓和平均動脈壓（后負荷）下降，降低心肌耗氧量，提高必排出量；
②擴張冠狀動脈，使冠脈血流重新分布，改善心肌供血，增強心肌負荷順應性和收縮力，促進衰竭心肌細胞功能恢復，增加心排血量；在臨床常用劑量范圍內，不擴張微動脈，避免發(fā)生＂冠狀動脈竊血＂的現象；
③擴張肺血管，降低肺血管床壓力，降低肺毛細模壓，改善肺淤血，同時降低體循環(huán)阻力，改善心功能；
④能有效促進機體的血管內皮細胞合成前列腺素（PG），抑制合成血小板血栓素A2，同時抑制血小板的功能，避免血管內形成粥樣斑塊，進而減少血管狹窄的發(fā)生。上述作用，共同促使降低心肌耗氧量，增加供氧量，增強心肌收縮力，改善缺血組織器官的灌注量，使心絞痛、心力衰竭及高血壓的癥狀得到明顯緩解。