Her virker det som en partiel agonist, det vil sige en forbindelse, der både viser agonist- virkning, men som er mindre virkningsfuld end nicotin, og som har antagonist- virkning ved tilstedeværelse af nicotin.
Varenicline binds with high affinity and selectivity at the α 4β 2 neuronal nicotinic acetylcholine receptors, where it acts as a partial agonist - a compound that has both agonist activity, with lower intrinsic efficacy than nicotine, and antagonist activities in the presence of nicotine.