Dentre os mecanismos de ação propostos tem se a depressão seletiva da atividade neuronal no eixo neocorticotalâmico e no núcleo central do tálamo, com a estimulação simultânea de algumas estruturas do sistema límbico, e antagonismo dos receptores N-metil-D-aspartato.

A analgesia produzida se dá mesmo em doses sub-anestésicas, sendo que o grau de analgesia produzida parece ser maior para dor somática do que para dor visceral.

Produzem estimulação cardiovascular indireta, sendo a elevação da frequência cardíaca e da pressão arterial geralmente produzida por aumento da atividade simpática eferente.

Quando usados isoladamente, não deprimem a resposta ventilatória à hipóxia e, quando usados em doses maiores, a respiração é caracterizada por padrão apnêustico, curto e irregular, muitas vezes provocando salivação e aumento da secreção do trato respiratório.

Em gatos, a excreção dos anestésicos dissociativos não é dependente da via renal, tornando estes fármacos seguros para utilização em animais que apresentem disfunção renal importante.