Проучвания in vitro са показали, че пеметрексед се проявява като мултитаргетен антифолат, чрез инхибиране на тимидилат синтаза (ТС), дихидрофолат редуктаза (DHFR), и глицинамид рибонуклеотид формилтрансфераза (GARFT), които са ключови фолат- зависими ензими за de novo биосинтеза на тимидиновите и пуринови нуклеотиди.
Az in vitro vizsgálatok igazolták, hogy a pemetrexed több támadáspontú folsav ellenes szerként gátolja a thymidylát szintetázt (TS), a dihydrofolát reduktázt (DHFR), és a glycinamid ribonukleotid formyltranszferázt (GARFT), amelyek a legfontosabb folsav- dependens enzimek a timidin és purin nukleotidok de novo bioszintézisében.