Точният механизъм на действие на леветирацетам все още не е напълно изяснен, но явно той въздейства върху намиращия се в синаптичните везикули протеин 2А, които се среща в пространството между нервите (синапси), и спира освобождаването на химични агенти между нервните клетки.
Natančen način delovanja levetiracetama je še vedno nejasen, toda zdi se, da vpliva na beljakovino, imenovano sinaptični vezikularni protein 2A, ki se nahaja v prostoru med živčnimi celicami (sinapsah), in zavira sproščanje kemičnih prenašalcev med živčnimi celicami.