苯二氮卓類為中樞神經抑制藥，可引起中樞神經系統不同部位的抑制，隨著用量的加大，臨床表現可自輕度的鎮靜到催眠甚至昏迷。本類藥的作用部位與機制尚未完全闡明，認為可以加強或異化γ-氨基丁酸(GABA)的抑制性神經遞質的作用，GABA在苯二氮卓受體相互作用下，主要在中樞神經各部位起突觸前和突觸后的抑制作用。本類藥為苯二氮卓受體的激動劑，苯二氮卓受體為功能性超分子(supramolecular)功能單位，又稱為苯二氮卓-GABA受體-親氮離子復合物的組成部分。受體復合物位于神經細胞膜，調節細胞的放電，主要起氮通道的閾值功能。GABA受體激活導致氮通道開放，使氮離子通過神經細胞膜流動，引起突觸后神經元的超極化，抑制神經元的放電，這個抑制傳譯為降低神經元的興奮性，減少下一步去極化興奮性遞質。苯二氮卓類增加氮通道開放的頻率，可能增強GABA與其受體的結合或易化GABA受體與氮離子通道的聯系來實現。苯二氮卓類還作用在GABA依賴性受體。
①抗焦慮、鎮靜催眠作用。刺激上行性網狀激活系統內的GABA受體，因GABA在中樞神經系統為抑制性遞質，其受體的刺激增強了在腦干網狀結構受刺激后的皮質和邊緣性覺醒反應的抑制和阻斷。分子藥理學研究體示，減少或拮抗GABA的合成，本類藥的鎮靜催眠作用降低，如增加其濃度則能加強苯二氮卓類藥的催眠作用。
②遺忘作用：地西泮和勞拉西泮在治療劑量時可以干擾記憶通道的建立，從而影響近事記憶。
③抗驚厥作用：部分地可能由于增強突觸前抑制，抑制皮質丘腦和邊緣系統的致癇灶引起的癲癇活動的擴散，但不能消除病灶的異常活動。
④骨骼肌松弛作用：主要抑制脊髓多突觸傳出通路，也可能抑制單突觸傳出通路。地西泮由于起抑制性神經遞質或阻斷興奮性突觸傳遞而抑制單突觸和多突觸反射。苯二氮卓類也可能直接抑制運動神經和肌肉功能。