Mitoksantron , hidrojen bağı oluşumu (interkalasyon) yoluyla DNA’ya bağlanır . Daha sonra mitoksantron DNA’da çapraz bağlanmalara ve iplik kopmalarına neden olur. Ek olarak mitoksantron, RNA oluşumunu engeller ve hasarlı DNA’nın çözülmesinden ve onarılmasından sorumlu olan topoizomeraz II’yi güçlü bir şekilde inhibe eder. Mitoksantron, hücrelerin bölünmesi ve dinlenmesi üzerinde sitotoksik (hücre toksik) etkiye sahiptir , bu da hücre döngüsünden bağımsız olarak etkili olduğu anlamına gelir .
Mitoksantronun etkileri T , B lenfositleri ve makrofajların büyümesinin engellenmesine yol açar . İkincisinde, antijenlerin sunumu ve interferon -y, tümör nekroz faktörü -a ve interlökin-2’nin salgılanması baskılanır.
Mitoksantron yapısal olarak antrasiklin grubu antibiyotikler olan doksorubisin , daunorubisin , idarubisin ve epirubisin ile ilişkili olsa da bunlardan farklı olarak kinon benzeri serbest radikaller üretemez.