硝酸酯类在平滑肌细胞能够与硝酸酯受体结合，并且被硝酸酯受体的巯基还原成NO或者是亚硝巯基，释放的NO舒张血管，还能够抑制血小板聚集和黏附，发挥对冠心病、心绞痛的治疗作用。

它有降低心肌耗氧量，能够使容量血管扩张而降低前负荷，心室舒张末压力及容量也降低。在较大剂量下也能够扩张小动脉而降低后负荷，从而能够降室壁肌张力以及耗氧。

还能够扩张冠状动脉，能明显地舒张较大的心外膜血管及狭窄的冠状血管以及侧支血管，此作用在冠状动脉痉挛时更为明显。

此外，还能增加心内膜的供血，改善左室顺应性，硝酸甘油能降低左心室舒张末压，舒张心外膜血管及侧支血管，使血液易从心外膜区域向心内膜下缺血区流动，从而增加缺血区的血流量。还能够保护缺血心肌的细胞。