Her virker det som en partiel agonist, det vil sige en forbindelse, der både viser agonist- virkning, men som har mindre virkningsfuld end nicotin, og antagonist- virkning ved tilstedeværelse af nicotin.
La varénicline se lie avec une affinité et une sélectivité élevées aux récepteurs nicotiniques neuronaux à l'acétylcholine α 4β 2, sur lesquels elle agit comme agoniste partiel, c'est-à-dire comme un composé ayant à la fois une activité agoniste, avec une efficacité intrinsèque plus faible que la nicotine, et une activité antagoniste en présence de nicotine.