M受体拮抗药能与乙酰胆碱或其拟似药竞争M胆碱受体，从而产生拮抗乙酰胆碱能神经兴奋的效应。其作用广泛，涉及多个系统。

在眼方面，M受体拮抗药可阻断瞳孔括约肌和睫状肌上的M受体，使瞳孔散大、眼内压升高以及调节麻痹。瞳孔散大是因为瞳孔括约肌松弛，而受去甲肾上腺素能神经支配的瞳孔开大肌的功能占优势；眼内压升高是由于瞳孔散大后虹膜退向四周外缘，前房角间隙变窄，阻碍房水回流；调节麻痹则是睫状肌松弛退向外缘，悬韧带拉紧，晶状体变扁平，屈光度降低，不能将近物清晰地成像于视网膜上，导致视近物模糊不清。

在腺体分泌上，M受体拮抗药能抑制腺体分泌，其中对唾液腺和汗腺的抑制作用最为明显，可引起口干和皮肤干燥。对泪腺、呼吸道腺体的分泌也有一定抑制作用，但对胃酸分泌的影响较小，因为胃酸分泌还受胃泌素等多种因素调节。

在平滑肌方面，对多种内脏平滑肌有松弛作用，尤其对过度活动或痉挛的平滑肌作用更为显著。可抑制胃肠道平滑肌痉挛，降低蠕动的幅度和频率，缓解胃肠绞痛；也能降低尿道和膀胱逼尿肌的张力与收缩幅度，对输尿管、胆管、支气管的平滑肌也有一定松弛作用，但作用较弱。

在心血管系统，较大剂量的M受体拮抗药可解除迷走神经对心脏的抑制，使心率加快；还能拮抗胆碱能神经兴奋引起的血管扩张，使血管收缩，血压升高，但此作用在治疗剂量下不明显。

在中枢神经系统，治疗剂量的M受体拮抗药对中枢神经系统的作用不明显，但大剂量时可兴奋延髓和高级中枢，引起烦躁不安、多言、谵妄等症状，中毒剂量时可产生幻觉、惊厥，严重时可由兴奋转入抑制，出现昏迷和呼吸麻痹。