W komórkach nowotworowych szlak sygnałowy receptora androgenowego jest wykorzystywany do promocji wzrostu i proliferacji komórek nowotworowych raka gruczołu krokowego.
Mechanizm działania enzalutamidu jest nieco odmienny niż niesteroidowych antyandrogenów pierwszej generacji (flutamid, nilutamid, bikalutamid). Wszystkie antyandrogeny wiążą się z domeną wiążącą ligand (LBD). Enzalutamid w przeciwieństwie do antyandrogenów pierwszej generacji oddziałuje w kilku etapach szlaku sygnałowego zależnego od receptora androgenowego.
Enzalutamid poprzez uniemożliwienie wiązania androgenów z domeną wiążącą ligand jest silnym kompetycyjnym inhibitorem receptora androgenowego. Mimo budowy podobnej do bikalutamidu enzalutamid ośmiokrotnie silniej wiąże się z receptorem androgenowym. W przeciwieństwie do antyandrogenów pierwszej generacji enzalutamid jest czystym antagonistą receptora androgenowego i nie wykazuje częściowego agonizmu. Enzalutamid uniemożliwia translokację receptora androgenowego z cytoplazmy do jądra komórkowego i uniemożliwia wiązanie się receptora z DNA, co blokuje ekspresję zależnych od niego genów.