Mechanizm działania Dokładny mechanizm działania cyklobenzapryny nie został w pełni poznany. Lek działa przede wszystkim w obrębie ośrodkowego układu nerwowego i nie wpływa bezpośrednio na mięśnie szkieletowe ani na płytkę nerwowo-mięśniową. Badania na zwierzętach wskazują, że działanie zwiotczające mięśnie zachodzi przede wszystkim na poziomie pnia mózgu, z możliwym udziałem mechanizmów rdzeniowych. Efektem jest zmniejszenie tonicznej aktywności ruchowej poprzez wpływ na układy motoneuronów α i γ.
W badaniach eksperymentalnych cyklobenzapryna hamowała ułatwiający wpływ zstępujących szlaków serotoninergicznych na odruchy rdzeniowe. Efekt ten wiązano z antagonizmem wobec receptorów serotoninowych typu 5-HT2. W badaniu na szczurach zmniejszenie odruchów rdzeniowych wywoływane przez cyklobenzaprynę nie było osłabiane przez blokowanie receptorów α2-adrenergicznych ani przez uszkodzenie zstępujących neuronów noradrenergicznych, natomiast było zależne od układu serotoninergicznego. Wyniki te wskazują, że działanie zwiotczające mięśnie jest związane z hamowaniem zstępujących szlaków serotoninergicznych, a nie noradrenergicznych.