去极化肌松药通过与骨骼肌细胞膜上的乙酰胆碱受体结合，模拟乙酰胆碱作用引发持续去极化，从而产生肌肉松弛效果。其作用原理主要包括受体激活、去极化维持和肌肉松弛三个阶段。
去极化肌松药进入人体后，会与神经肌肉接头处突触后膜的N2型乙酰胆碱受体结合。这种结合会引发钠离子通道开放，导致细胞膜快速去极化并产生动作电位。与正常神经递质乙酰胆碱不同，这类药物代谢速度较慢，能长时间占据受体，使肌细胞膜处于持续性去极化状态。
在持续去极化过程中，细胞膜周围的正常钠通道会进入失活不应期。此时新的神经冲动传导至接头前膜时，释放的乙酰胆碱无法有效激活已被药物占据的受体，神经肌肉之间的信号传递被阻断。这种去极化阻滞会导致骨骼肌的收缩功能逐渐减弱直至完全松弛，但不会影响意识状态。
此类药物的临床应用需严格监测生命体征，特别是呼吸功能。使用时应注意可能引发的血钾升高、肌颤等不良反应，禁用于烧伤、挤压伤等存在大量肌细胞破坏的患者。麻醉医师需根据手术类型和时长合理选择药物品种及剂量。