Decitabine là một tác nhân hypomethylating.[4][5] Nó hypomethylates DNA bằng cách ức chế DNA methyltransferase.

Nó hoạt động theo cách tương tự như azacitidine, mặc dù decitabine chỉ có thể được kết hợp vào chuỗi DNA trong khi azacitidine có thể được kết hợp vào cả chuỗi DNA và RNA.

Nó kết hợp với các chuỗi DNA khi sao chép, và sau đó khi các methyltransferase DNA (DNMTs) như DNMT1, được tham gia để liên kết DNA và sao chép quá trình methyl hóa thành chuỗi con gái, DNMT bị ràng buộc để decitabine không thể đảo ngược và không thể giải phóng. Do đó, hoạt động của decitabine phụ thuộc vào phân chia, nghĩa là các tế bào phải phân chia để dược phẩm hoạt động. Do đó, các tế bào ung thư phân chia nhanh hơn nhiều so với hầu hết các tế bào khác trong cơ thể sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng hơn bởi decitabine chỉ vì chúng sao chép nhiều hơn. Trong các tế bào ung thư, và cụ thể hơn là trong các khối u ác tính về huyết học, có vẻ như quá trình tăng cường DNA thực sự rất quan trọng cho sự phát triển của chúng. Sự methyl hóa các đảo CpG ở thượng nguồn của các gen ức chế khối u để làm im lặng chúng dường như rất quan trọng đối với các loại ung thư này. Do đó, ở liều tối ưu, decitabine ngăn chặn loại methyl hóa này và có tác dụng chống neoplastic.