防霉剂对细菌的抑制作用是通过影响菌体细胞的亚细胞结构而实现的，这些亚细胞结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质及与代谢有关的酶和遗传物质等，每个亚细胞结构对于细菌体而言都是必需的，防霉剂只要作用于其中之一就可达到抑菌的目的。
2.1防霉剂对微生物细胞壁结构物质的破坏
微生物细胞壁是由肽聚糖、纤维素、几丁质等组成，其主要功能是固定细胞的外形。它是一层重要的保护层，能保护菌体抵抗低渗，是细菌抵抗外界侵害的一道重要屏障。但同时细胞壁本身是经不起垄击的，一些酚类防霉剂就是由于能够破坏或损伤细胞壁或干扰细胞壁物质的合成而具有抗微生物的作用（。同时，山梨酸酯也有类似的破坏作用（万素英，1998）。
2.2防霉剂弱酸分子对腐败菌原生质体的破坏作用
亲脂的防霉剂弱酸分子能通过质膜进入细胞质在细胞质中，弱酸分子在接近中性的环境下被迫降解成带电离子，这些带电离子不能自由通过质膜而滞留在细胞质中，H+可通过H＋－ATPase泵出.
2.2.1抑制细胞内酶的活性，减少ATP的生成
弱酸分子在细胞质中解离出H＋，使细胞内的pH下降，从而将抑制葡萄糖的无氧呼吸作用。主要是因为糖酵解的关键酶磷酸果糖激酶的活性受到抑制。Krebs等(1983)用0.01mmol的苯甲酸处理酵母菌，在40分钟后发现处理组的6－磷酸果糖和6－磷酸葡萄糖相对于对照组上升了，而1、6－二磷酸果糖的数量则大大降低了，其原因是由于磷酸果糖激酶的活性受到了苯甲酸的抑制，致使糖酵解的反应中断了。如下图二和表一。
同时，一些防霉剂可能对延胡索酸酶及天门冬氨酸酶产生抑制作用，导致琥珀酸氧化作用下降。由此细胞内ADP／ATP的比值上升，腐败菌生长所需的ATP的产量将减少，导致其生长受阻）,如下图三。
2.2.2增加ATP的消耗，减少菌体细胞生长所需的能量
防霉剂弱酸分子对腐败菌的抑制作用包括微生物原生质膜将H＋泵出的作用。发挥这种作用的最重要的是原生质膜上的H+-ATPas，如上图一所示。H＋－ATPase在泵出H＋的同时，消耗ATP供能生成AMP和ADP，由此减少微生物用于生长的能量。
弱酸分子进入细胞膜引起细胞液的[H+]上升，激活H＋－ATPase,泵出H＋以维持细胞内外的离子平衡，这样将以消耗原生质的大量ATP供能为代价。由此本来用于其生长和细胞分化等生理功能的能量就大大减少了，起到抑制细菌体生长的作用。
2.2.3抑制细胞内蛋白质和遗传物质的合成
防霉剂能抑制细胞内重要组成成份蛋白质和核酸的合成。它使染色体断裂和重组，抑制染色体分裂，造成染色体畸变，或者使微生物不能合成重要的蛋白质，影响细胞核的有丝分裂。
蛋白质分子通过二硫键、盐键、氢键及金属键等相互作用，形成一定的空间结构，对维持蛋白质生理活性十分重要。一些含金属离子的防霉剂能破坏蛋白质结构，使细胞内酶失活，从而影响蛋白质的合成及正常生理活性的发挥。
2.2.4防霉剂对原生质膜的作用
原生质膜是个有生命的结构部分，是细菌代谢活动的重要中心，具十分重要的生理功能。一些酯类防霉剂，如富马酸二甲酯、ρ-羟基苯甲酸酯类，能改变原生质膜的渗透性。这可能是由于它们的脂溶性，改变了质膜对营养物质（主要是一些还原性物质、氨基酸等）的通透能力，影响质膜的转化功能。同时，。研究表明对羟基苯甲酸酯类防霉剂的作用还包括增加质膜的通透性，这样由一些电子和化学成份构成的质子转运力就被中和了。另外，防霉剂均具有一定水溶性，能破坏细胞膜表面电荷的性质，改变质膜两侧正常的pH，影响膜的通透性。
2.3解离的(dissociated)弱酸阴离子对霉菌的抑制作用
山梨酸及其解离阴离子均具有防霉的作用，通常情况下，山梨酸分子的防霉作用是其阴离子的10－600倍，但随pH值的上升，其阴离子的作用将上升，最终可能超过其阴离子的活性。这就很好的解释了山梨酸在pH接近中性的情况下对细菌和酵母仍有抑制作用的原因，如下表2。然而,目前的研究关于弱酸阴离子对霉菌的具体作用机制尚不清楚。
