Esta toxina suprime la propagación de los potenciales de acción a través de un bloqueo neuronal selectivo de los canales de sodio dependientes de voltaje, concretamente los canales de sodio, cuya función es conducir el potencial de acción.​ ​En algunos experimentos se ha demostrado que, a altas concentraciones, reduce la producción de acetilcolina y disminuye la actividad de la citocromo oxidasa y de la acetilcolinesterasa. La tetrodotoxina es aproximadamente 160.000 veces más potente que la cocaína en el bloqueo de la conducción axonal de las neuronas sensoriales. El sitio de unión a TTX es muy estrecho. Se encuentra en la cara extracelular del canal de sodio​ ​ y está presente en todas la isoformas conocidas del canal; por lo tanto, la afinidad a la toxina es dependiente de la isoforma. Tras la unión de la TTX a un residuo de glutamato del canal de sodio, tiene lugar un cambio conformacional en la estructura del canal responsable de la inhibición de entrada de sodio a través del mismo.