成熟的肽聚糖鏈上通過與結合蛋白（Penicillin-binding proteins, PBPs）的結合抑制轉肽作用，使得肽聚糖合成減少，自溶素水平升高， 促進細胞溶解和死亡； 氨基糖苷類抗生素結合到核糖體 30S 亞基特定位點上，造成延伸中的肽鏈上錯誤插入氨基酸，使得蛋白發生錯譯以及錯誤折疊；喹諾酮類抗生素則通過與細菌兩種 IIA 型拓撲異構酶的結合干擾 DNA 超螺旋結構， 造成 DNA 雙鏈斷裂，并通過依賴新蛋白合成或不依賴新蛋白合成途徑造成細菌死亡。
直到 2007 年，Collins 團隊提出不同種類的抗生素可能通過激活呼吸鏈電子傳遞，誘導大量的活性氧（ROS） 積累進而參與殺菌，并證實在這一過程中，三羧酸循環（TCA） 、NADH 的氧化、鐵硫簇（Fe-S cluster）的破壞以及 Fenton 反應均涉及羥自由基的產生與殺菌 。
