硝酸甘油抗心绞痛主要通过扩张血管降低心脏前后负荷和增加缺血区心肌供血来发挥作用，扩张血管使回心血量减少、外周血管阻力降低，心肌耗氧量减少；扩张心外膜输送血管及侧支血管、解除痉挛，使血液从非缺血区向缺血区重新分布，增加缺血区血液灌注，改善心肌缺血缺氧状态，不同人群因个体差异，使用时需注意相应情况。
扩张血管，降低心脏前后负荷
硝酸甘油能扩张静脉血管，使静脉容量增加，血液淤积于静脉系统，从而减少回心血量，降低心脏前负荷。同时，它也能扩张动脉血管，尤其是阻力血管，使外周血管阻力降低，减少心脏后负荷。心脏前后负荷减轻后，心肌耗氧量减少，有助于缓解心绞痛。例如，大量的临床研究证实，硝酸甘油扩张静脉和动脉的作用可改善心肌的供血供氧平衡，对于因心肌耗氧量增加导致的心绞痛有明显的缓解作用。在不同年龄人群中，硝酸甘油的这一作用机制基本一致，但老年人由于血管弹性可能相对较差，使用硝酸甘油时需密切关注血压变化等情况；对于有心血管基础病史的患者，其血管本身可能存在病变，硝酸甘油的扩血管作用可能会对血压等产生更明显的影响，需要谨慎使用。
增加缺血区心肌供血
硝酸甘油能选择性地扩张心外膜的冠状动脉输送血管及侧支血管，而对痉挛的冠状动脉有明显的解除痉挛作用。当冠状动脉存在狭窄或痉挛时，缺血区的血管处于相对扩张状态，通过硝酸甘油的扩张作用，可使血液从非缺血区向缺血区重新分布，增加缺血区的血液灌注，改善心肌缺血缺氧状态。这一机制在有冠状动脉病变的患者中尤为重要，不同年龄、性别及生活方式的患者，只要存在冠状动脉供血不足的情况，硝酸甘油都可通过此机制发挥改善心肌供血的作用，但对于患有严重冠状动脉病变且血管狭窄程度很重的患者，可能需要联合其他治疗措施来更好地改善缺血状况。此外，对于有长期吸烟等不良生活方式的患者，其冠状动脉病变可能相对更严重，硝酸甘油的这一作用机制的效果可能会受到一定影响，需要综合评估和处理。
