呋塞米属于高效能利尿药，其利尿机制主要是作用于髓袢升支粗段，特异性地与 Cl - 竞争 Na -K -2Cl - 同向转运体的 Cl - 结合部位，抑制 Na -K -2Cl - 同向转运体，从而抑制 NaCl 的重吸收。

在髓袢升支粗段，原尿中约 35%的 NaCl 在此处被重吸收。正常情况下，通过 Na -K -2Cl - 同向转运体，Na 、K 和 2Cl - 以 1:1:2 的比例同时被转运进入细胞内，然后 Na 经钠泵被转运至组织间液，Cl - 经基底侧膜上的 Cl - 通道进入组织间液，K 则通过管腔膜上的 K 通道再循环进入管腔，形成管腔内正电位，此正电位可驱动 Mg 2 和 Ca 2 经细胞旁途径重吸收。

当呋塞米抑制了 Na -K -2Cl - 同向转运体后，NaCl 的重吸收减少，导致管腔内 NaCl 浓度升高，肾稀释功能受损。同时，由于从髓袢升支粗段转运到髓质间液的 NaCl 减少，髓质高渗状态被破坏，肾的浓缩功能也受到影响。这样，尿液的稀释和浓缩过程均受到干扰，水的重吸收减少，尿量显著增加。

此外，呋塞米还能抑制前列腺素分解酶的活性，使前列腺素 E 2 含量增加，从而扩张肾血管，降低肾血管阻力，增加肾血流量，尤其是增加肾皮质深部血流量，这也有助于其利尿作用的发挥。而且，呋塞米还可使肾小管对 Ca 2 、Mg 2 的重吸收减少，促进 Ca 2 、Mg 2 的排泄。