El mecanismo de acción del modafinilo es desconocido aunque comparte algunas de sus propiedades con la [[anfetamina]] y el [[metilfenidato]]. El [[estado de alerta]] inducido por el modafinilo puede ser atenuado mediante la administración de un antagonista de los receptores a1 como la [[prazosina]], lo que permite concluir que el [[fármaco]] estimula el sistema a-adrenérgico central. Sin embargo, en estudios in vitro, el modafinilo no parece actuar como un agonista directo o indirecto de los receptores α1.
La estimulación inducida por el modafinilo parece localizarse en las subregiones de [[hipocampo (anatomía)|hipocampo]], el núcleo centrolateral del [[Tálamo (SNC)|tálamo]] y el núcleo central de la [[amígdala cerebral|amígdala]], tal y como lo señalan algunos estudios en animales en los que el modafinilo aumenta la transmisión glutaminérgica en el tálamo y el hipocampo. A diferencia de la [[anfetamina]] y otros estimulantes del [[sistema nervioso central]], la actividad del modafinilo no se debe a interacciones con el [[sistema dopaminérgico]] o simpaticomimético. El modafinilo no es un [[ligando]] para los neuroreceptores implicados en el mecanismo del sueño, no actuando sobre los receptores adrenérgicos, dopaminérgicos, serotoninérgicos, GABAérgicos, adenosinérgicos o benzodiazepínicos. Tampoco altera las [[hormona]]s implicadas en la regulación del sueño ([[melatonina]], [[cortisol]] y [[hormona del crecimiento]]).
Cuando las dosis superan los 600 mg/día, el modafinilo induce [[hipertensión]] y aumento de la [[frecuencia cardiaca]], si bien a las dosis prescritas, los efectos secundarios son mínimos.
Como otros estimulantes del sistema nervioso central, el modafinilo produce unas 200 veces menos [[euforia (estado)|euforia]] que la anfetamina, en lo que se refiere a la inducción de comportamientos adictivos, pero se administra en dosis 20 a 60 veces más alta, por lo que el efecto es similar a las anfetaminas. Una dosis de anfetamina ronda los 10 mg mientras que para el modafinilo se usan 600 mg. El modafinilo no induce una pérdida de peso.
