Механизм бактерицидного действия аминогликозидов до сих пор не совсем ясен. Предполагается, что начальным этапом их действия является пенетрация через клеточную стенку путем пассивной диффузии и, возможно, путем активного транспорта через кислородзависимые механизмы (аминогликозиды сравнительно неэффективны против анаэробов). После того как аминогликозид проник в клетку, он связывается со специфическими белкамирецепторами на 30S субъединице бактериальной рибосомы. Вследствие этого нарушается образование инициирующего комплекса между матричной РНК и 30S субъединицы рибосомы. Происходит распад полисом в нефункционирующие моносомы. Возникают дефекты при считывании с ДНК, синтезируются неполноценные белки, что приводит к остановке роста и развития микробной клетки. При высоких концентрациях аминогликозидов происходит повреждение цитоплазматической мембраны и клетка гибнет.
Молекула аминогликозида, являясь высокополярной, при назначении перорально из пищеварительного тракта плохо всасывается, но может всасываться при наличии язвенных процессов в желудочнокишечном тракте. Аминогликозид не поступает в кровь из альвеол легких, если его использовать в виде ингаляций. По крайней мере, вся принятая доза аминогликозида через рот выводится желудочнокишечным трактом и лишь около 1 % дозы препарата может адсорбироваться. После внутримышечной инъекции аминогликозид адсорбируется быстро. Максимальный уровень его в крови наблюдается через 30—90 минут после инъекции, но только 10% аминогликозидов связываются с белками плазмы. Антибиотик обнаруживается в перитонеальной, плевральной, спинномозговой жидкости, в стекловидном теле глаза и желчи, проникает через плацентарный барьер, однако через гематоэнцефалический барьер не проходит. Наибольшее количество антибиотика отмечается в почках, затем в легких. В печени, мозге, лимфатических узлах аминогликозиды не задерживаются, за исключением коркового вещества надпочечников.
Выделяются аминогликозиды из организма за 1224 часа, причем почками экскретируется около 70% введенного количества и приблизительно 1 % выделяется с желчью, концентрация в желчевыводящих путях может составлять 30% от уровня в крови. Остальная часть, 2530%, подвергается в организме различным превращениям с образованием продуктов, лишенных антимикробной активности. Период полувыведения аминогликозидов из организма составляет 2—4 часа. Экскреция препарата путем гломерулярной фильтрации значительно снижается при нарушении почечной функции.
Все аминогликозиды обладают различной степенью ототоксичности и нефротоксичности. Ототоксичность проявляется в нарушении слуха (повреждение кохлеарного аппарата), который отмечается при тонах высокой степени, или вестибулярными нарушениями — головокружением, атаксией и потерей равновесия. Нефротоксичность приводит к повышению уровня креатинина в сыворотке крови или снижению клиренса креатинина. В высоких дозах аминогликозиды вызывают курареподобный эффект с нейромышечной блокадой, что приводит к дыхательному параличу.