Cơ chế hoạt động in vivo không hoàn toàn rõ ràng, nhưng sự ức chế enzyme phosphodiesterase gây ra sự gia tăng của AMP tuần hoàn mức độ là đáng kể. Nó cũng có thể thay đổi hô hấp ty thể.

Papaverine cũng đã được chứng minh là một lựa chọn chất ức chế phosphodiesterase cho subtype PDE 10A tìm thấy chủ yếu ở thể vân của não. Khi sử dụng lâu dài cho chuột, nó tạo ra sự thiếu hụt về vận động và nhận thức và làm tăng sự lo lắng, nhưng ngược lại có thể tạo ra tác dụng chống loạn thần,[19][20] mặc dù không phải tất cả các nghiên cứu đều ủng hộ quan điểm này.[21]