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.
Még nem tisztázott pontosan, hogy a levetiracetám hogyan hat, de úgy tűnik, hogy az idegek közötti résekben (szinapszisokban) jelenlévő szinaptikus vezikuláris 2A fehérjével lép kölcsönhatásba, és megakadályozza a kémiai jelátvivő molekulák felszabadulását az idegsejtek között.