对于香兰素的抗菌机制的研究主要包括3个方面：作用于细胞膜，破坏膜的完整性；作用于酶，使必需酶失活；作用于遗传物质，使遗传物质失活或结构遭到破坏。
破坏细胞膜完整性
香兰素中存在的酚醛基，具有疏水性，且pH值越低疏水性越强，能使细胞膜变得不稳定，破坏细胞膜结构，使细胞壁出现凹陷，细胞膜向内突起，细胞质浓缩和空泡形成等。
但是香兰素对于不同的细胞破坏程度不一样。革兰阳性菌较革兰阴性菌细胞壁厚，交联度高，可有效阻止香兰素进入，而革兰阴性菌结构疏松，且含有较多的脂类，香兰素易与之结合，因此，对革兰阴性菌的抑菌效果明显强于对革兰阳性菌的抑菌效果。 这也与微生物的形状有关，杆菌表面积较球菌表面积大，其单位面积可与更多的香兰素结合，故香兰素对杆菌的抑菌效果优于球菌。除了对不同的微生物具有不同的抗菌活性，香兰素的浓度也影响抗菌活性，浓度越高、作用时间越长，其抗菌活性越高。
使必需酶失活
生物体由细胞构成，每个细胞由于酶的存在才表现出种种生命活动，体内的新陈代谢才能进行。酶催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体，是生物催化剂，绝大多数酶的化学本质是蛋白质，其活性受一些外界条件的影响，诸如pH、盐离子浓度、温度等。香兰素破坏细胞膜导致细胞内环境发生改变，间接的抑制酶的活性，影响细胞体内的新陈代谢，如香兰素会抑制DNA聚合酶的活性。
使遗传物质失活或结构遭到破坏
绝大多数生物（具有细胞结构的生物和DNA病毒）的遗传物质是DNA，能指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢和生物的性状。香兰素能阻碍微生物延滞期中遗传物质的合成、表达，原因可能是细胞膜遭到破坏，间接的抑制了参与遗传物质的合成和表达的酶；也有研究表明，香兰素会影响大鼠肝脏中转运蛋白mRNA的表达。