Romidepsin hoạt động như một tiền chất với liên kết disulfide trải qua quá trình khử trong tế bào để giải phóng thiol liên kết kẽm.[3][15][16] Thiol liên kết với một nguyên tử kẽm trong túi liên kết của histone deacetylase phụ thuộc Zn để ngăn chặn hoạt động của nó. Do đó, nó là một chất ức chế HDAC. Nhiều chất ức chế HDAC là phương pháp điều trị ung thư tiềm năng thông qua khả năng khôi phục biểu hiện bình thường của các gen ức chế khối u, có thể dẫn đến việc bắt giữ chu kỳ tế bào, biệt hóa và apoptosis.[17]