ADCtë janë ndër formulimet më komplekse biokimie të përdorura në mjekësi, pasi integrojnë si efektin e antitrupit ashtu edhe të barnave citotoksike. Kështu kanë një mekanizëm unik të veprimit dhe profil të veçantë farmakokinetik.

Në vija të përgjithshme, mekanizmi i veprimit të ADCve konsiston në këto etapa: lidhja e antitrupit monoklonal me antigjenin target, depërtimi në qelizë dhe në fund të procesit shpërbërja e linkerit dhe lëshimi i ngarkesës citotoksike.

Duhet theksuar se ky model është shumë i thjeshtuar dhe se ajo që ndodh në realitet është shumë më e komplikuar se kaq dhe se ky model ndryshon shumë nga një ADC në tjetrin. ADCtë në realitet gjenden si një miks komponentësh në një qarkullim dinamik, çka komplikon modelin farmakologjik dhe influencon vetitë klinike të këtyre medikamenteve.

Ndryshe nga terapitë tradicionale citotoksike, antitrupat monoklonalë janë molekula të mëdha, një karakteristikë që e bën depërtimin e tyre në tumor të vështirë. Për më tepër, anatomia vaskulare, presioni transkapilar dhe indi stromal tumoral mund të jenë plotësisht të çrregulluar, çka përbën një tjetër barrierë për penetrimin e ADCve në tumor.

Pas ekstravazimit nga kapilarët, antitrupat arrijnë qelizën tumorale me anë të difuzionit pasiv, çka shpesh sjell penetrim jo efektiv dhe heterogjen të indit. Matjet e sakta të ADCve në tumor janë të vështira për të kryer, por nga të dhënat e deritanishme është parë se vetëm një fraksion shumë i vogël i dozës së ADCsë së administruar arrin në indin tumoral. Për këtë arsye, ngarkesat citotoksike të cilat lidhen me ADCtë duhet të kenë efekt të fuqishëm citotoksik. Të dhëna nga studimet në kafshë kanë treguar se përqendrimi maksimal i medikamentit arrihet 1-2 ditë pas administrimit dhe se përqendrimi i medikamentit në qelizat malinje është 100 herë më i lartë se në qelizat e shëndetshme.

Pas depërtimit në ind, ADCtë duhet të lidhen me antigjenin target për një efekt citotoksik optimal. Në përgjithësi, ADCtë kanë të njëjtin afinitet për antigjenin target si antitrupat e pakonjuguar dhe pas lidhjes me antigjenin, ato duket të kenë të njëjtin efekt antitumoral edhe pa lëshuar ngarkesën citotoksike, njësoj si antitrupat monoklonalë të pakonjuguar që lidhen me po të njëjtin antigjen.

Pas lidhjes me antigjenin, depërtimi i kompleksit ADC-antigjen është një hallkë kyçe në transportin e ngarkesës citotoksike në brendësi të qelizës. Depërtimi i ADCsë në qelizë mund të ndodhë me anë të procesit të endocitozës ose pinocitozës. Koha nga lidhja me antigjenin deri në lëshimin e ngarkesës citotoksike mund të zgjasë më shumë se 24 orë.

Edhe pse shumica e ADCve janë të dizenjuara për të lëshuar ngarkesën citotoksike në brendësi të qelizës, të dhënat tregojnë se çlirimi i ngarkesës toksike në indin tumoral ndodh me shumicën e linker-ve, kjo për shkak të mjedisit redox, pH të ulët dhe proteazave jashtëqelizore që gjenden në mikromjedisin tumoral.

Pavarësisht mjedisit ku çlirohet ngarkesa citotoksike, disa ADC janë të afta për të induktuar atë që njihet si “bystander effect” në qelizat fqinje, pra eliminimi e tyre me anë të ngarkesës citotoksike pavarësisht nëse shprehin ose jo antigjenin target. Por shëprndarja e “bystander effect” varet nga numri i qelizave që shprehin antigjenin target, të cilat me kohën zvogëlohen në numër për shkak të efektit citotksik të barit. Efekti bystander mund të konsiderohet si një faktor i rëndësishëm në efikasitetin e ADCve në tumoret me shprehje heterogjene të antigjenit target.