莫西沙星的作用機制主要是抑制細菌DNA合成，起快速殺菌作用，可以作用于細菌DNA旋轉(zhuǎn)酶和拓撲異構(gòu)酶Ⅳ，從而造成酶-DNA復(fù)合物的斷裂。DNA旋轉(zhuǎn)酶又稱拓撲異構(gòu)酶Ⅱ，由gyrA、gyrB亞基組成，DNA旋轉(zhuǎn)酶和拓撲異構(gòu)酶Ⅰ共同調(diào)控DNA的復(fù)制過程。DNA旋轉(zhuǎn)酶在整個復(fù)制過程中主要起維持DNA適度盤繞的作用。拓撲異構(gòu)酶Ⅳ由parC和parE亞基構(gòu)成，它的結(jié)構(gòu)與DNA旋轉(zhuǎn)酶有類似之處，其中parC與gyrA，parE和gyrB具有一定的同源性。拓撲異構(gòu)酶Ⅳ可將復(fù)制完成的子代DNA分配至子代細胞中，與DNA旋轉(zhuǎn)酶共同完成細菌DNA的復(fù)制。莫西沙星可將酶-DNA復(fù)合物穩(wěn)定在DNA鏈切斷后的狀態(tài)，終止DNA的復(fù)制，從而產(chǎn)生細胞毒作用。莫西沙星對多數(shù)革蘭陰性菌的主要作用位點是DNA旋轉(zhuǎn)酶，而對革蘭陽性菌的作用位點以拓撲異構(gòu)酶Ⅳ為主。