硝酸甘油治疗心绞痛主要通过扩张血管降低心脏前后负荷，包括扩张静脉降低前负荷、扩张动脉降低后负荷；还能增加缺血区心肌供血，通过促进血液重新分布、增加心肌供氧，且不同人群原理本质相同但特殊人群需注意。
扩张血管，降低心脏前后负荷
扩张静脉血管：硝酸甘油能选择性地扩张静脉血管，使静脉容量增加，血液贮积于静脉系统内，从而减少回心血量，降低心室舒张末期容积和压力，降低心脏前负荷。对于患有心绞痛的患者，尤其是存在左心室舒张末期压力增高的情况，回心血量减少后，心室壁张力降低，心肌耗氧量减少。例如，多项临床研究观察到，使用硝酸甘油后，患者的静脉回流减少，心室充盈压下降，心肌需氧减少。
扩张动脉血管：硝酸甘油也能扩张动脉血管，尤其是阻力小动脉，使外周动脉阻力降低，降低心脏后负荷。心脏后负荷减轻，左心室射血阻力减小，心肌收缩时的耗氧量也会相应减少。研究发现，动脉扩张后，血压轻度下降，心脏射血更加容易，心肌做功减少。
增加缺血区心肌供血
促进血液重新分布：冠状动脉粥样硬化导致的心绞痛患者，缺血区的冠状动脉因粥样硬化病变处于痉挛或狭窄状态。硝酸甘油可选择性地扩张心外膜的冠状动脉输送血管及侧支血管，而对阻力血管的扩张作用较弱。这样就会使血液从非缺血区流向缺血区，改善缺血区的血流灌注。例如，通过冠状动脉造影等检查手段可以观察到，在使用硝酸甘油后，缺血区域的冠状动脉血流得到一定程度的改善，更多的血液供应到缺血心肌，缓解心肌缺血状态。
增加心肌供氧：心肌供血改善后，心肌的氧供增加，有助于缓解心绞痛症状。同时，硝酸甘油还能通过降低左心室充盈压，增加心内膜下的血液灌注。因为心内膜下心肌层的血液灌注受心室舒张末期压力影响较大，左心室充盈压降低时，心内膜下的血管受压减轻，血流灌注增加，进一步改善心肌缺血状况。
在不同年龄、性别、生活方式及病史的人群中，硝酸甘油治疗心绞痛的原理本质是相同的，但需要注意特殊人群的情况。例如，老年患者可能存在多器官功能减退，在使用硝酸甘油时需密切关注血压等变化；女性患者在某些生理状态下对硝酸甘油的反应可能与男性略有不同，但总体上其扩张血管、改善心肌供血的原理不变；对于有严重肝肾功能不全病史的患者，硝酸甘油的代谢和排泄可能受到影响，使用时需谨慎评估；有低血压、青光眼等病史的患者使用硝酸甘油需格外小心，因为硝酸甘油可能进一步降低血压或升高眼内压等。
