Неговото действие е фазово- специфично, така че гемцитабин убива преди всичко клетките в процес на ДНК синтез (S - фаза) и при определени условия блокира развитието на клетки през G1/ S фазовата граница.
Παρουσιάζει εκλεκτικότητα ως προς το στάδιο του κυτταρικού κύκλου, καταστρέφοντας κυρίως εκείνα τα κύτταρα που βρίσκονται στη φάση σύνθεσης του DNA (S phase) και εµποδίζοντας, κάτω από ορισµένες συνθήκες, τη µετάβαση των κυττάρων από τη φάση G1 στη φάση S του κυτταρικού κύκλου.