น้ำยาฆ่าเชื้อบางชนิด เช่น แอลกอฮอล์และสารประกอบควอเทอร์นารีแอมโมเนียม ออกฤทธิ์โดยตรงกับเซลล์จุลินทรีย์เพื่อละลายพวกมัน บางชนิดอาจแทรกซึมเข้าไปในเซลล์และทำให้เกิดการปลดปล่อยกรดอะมิโน วัสดุนิวเคลียร์ และองค์ประกอบทางเคมีที่สำคัญอื่นๆ สารประกอบบางชนิดทะลุผ่านผนังเซลล์ของจุลินทรีย์และขัดขวางระบบขนส่งเมมเบรนที่จำเป็น ดังนั้นเซลล์จึงไม่สามารถรับสารอาหารที่จำเป็นต่อการอยู่รอดและการสืบพันธุ์ได้อีกต่อไป สารบางชนิดจับตัวกันเป็นก้อนในเซลล์ จึงทำลายจุลินทรีย์ สารบางตัวทำลายกระบวนการเมแทบอลิซึมของเซลล์ ทำให้ไม่สามารถดูดซึมสารอาหารได้อีกต่อไป เป็นผลให้เซลล์อดอาหารและตายการที่สารต้านจุลชีพจะส่งผลต่อจุลินทรีย์นั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ยาต้องถูกส่งไปยังตำแหน่งที่ละเอียดอ่อนในเซลล์ เช่น เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ผนังเซลล์ หรือโปรตีนหรือเอนไซม์ที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์โปรตีน กรดนิวคลีอิก หรือเยื่อหุ้มเซลล์ สุขอนามัย ไม่ว่าสารต้านจุลชีพจะเข้าสู่เซลล์หรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับความสามารถของยาในการซึมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอก การมีอยู่หรือไม่มีระบบขนส่งสารต้านจุลชีพ หรือช่องทางในผิวเซลล์ที่มีอยู่ ในบางกรณี จุลินทรีย์ป้องกันการเข้ามาของสารต้านจุลชีพโดยการผลิตเอนไซม์ที่ทำลายหรือปรับเปลี่ยนสารต้านจุลชีพโดยการถ่ายโอนกลุ่มสารเคมี หากสารต้านจุลชีพไม่แทรกซึมเข้าไปในสิ่งมีชีวิตหรือถูกทำลายหรือดัดแปลงหรือหากสิ่งมีชีวิตไม่มีตำแหน่งที่ไวต่อจุลินทรีย์ จุลินทรีย์ก็จะไม่ได้รับผลกระทบ ในกรณีเช่นนี้เรียกว่าดื้อยา