鹽酸四環素片為廣譜抑菌劑，高濃度時具殺菌作用。本品對肺炎鏈球菌、溶血性鏈球菌、草綠鏈球菌及部分葡萄球菌、產氣莢膜桿菌、炭疽桿菌、鼠疫桿菌、白喉桿菌、破傷風桿菌、布魯菌屬、流感嗜血桿菌、彎曲桿菌屬、霍亂弧菌均有一定抗菌作用，對立克次體、支原體屬、衣原體屬、螺旋體、某些原蟲也有抑制作用。腸桿菌科細菌如大腸桿菌、克雷伯菌屬、沙門菌屬、志賀菌屬等對本品多數耐藥。
鹽酸四環素片對革蘭陽性菌的作用優于革蘭陰性菌，但腸球菌屬對其耐藥。其他如放線菌屬、炭疽桿菌、單核細胞增多性李斯特菌、梭狀芽孢桿菌、奴卡菌屬等亦對本品敏感。本品對淋病奈瑟菌和腦膜炎奈瑟菌具一定抗菌活性，但耐青霉素的淋球菌對四環素也耐藥。本品對銅綠假單胞菌無抗菌活性。對部分厭氧菌屬細菌具一定抗菌作用，但遠不如甲硝唑、克林霉素和氯霉素，因此臨床上并不選用。多年來由于四環素類的廣泛應用，臨床常見病原菌包括葡萄球菌等革蘭陽性菌及腸桿菌屬等革蘭陰性桿菌對四環素耐藥現象嚴重，并且，同類品種之間存在交叉耐藥。
鹽酸四環素片作用機制在于藥物能特異性地與細菌核糖體30S亞基的A位置結合，阻止氨基酰－tRNA在該位上的聯結，從而抑制肽鏈的增長和影響細菌蛋白質的合成。