Powoduje to w konsekwencji pobudzenie serotoninowych receptorów postsynaptycznych, m.in. typu , 5HT2C, 5HT3 i 5HT4. Działanie to jest wspólne dla wszystkich leków z grupy SSRI i związane z podobnymi objawami ubocznymi. SSRI wykazują powinowactwo do receptorów serotoninowych, muskarynowych i receptorów sigma w ośrodkowym układzie nerwowym.
Odmienności profilu farmakologicznego tych leków znalazły również odzwierciedlenie w klinice. Na przykład fluoksetyna, która poza blokowaniem transportera serotoniny wykazuje również powinowactwo do receptorów serotoninowych 5-HT2C, charakteryzuje się wyraźnym działaniem anorektycznym oraz silniejszym wpływem prolękowym w początkowej fazie terapii w porównaniu z pozostałymi związkami z tej grupy. Sertralina natomiast, z uwagi na tonizujący wpływ na układ współczulny przejawiający się m.in. osłabieniem aktywności neuronów noradrenergicznych, wskazana jest w leczeniu depresji u osób starszych i pacjentów z chorobami serca. Badania farmakologiczne wykazują, że niektóre leki z grupy SSRI wpływają na tzw. receptory sigma, odgrywające rolę w modulacji wielu rodzajów neuroprzekaźnictwa w ośrodkowym układzie nerwowym, jak również w mechanizmach zaburzeń psychotycznych i agresywnych oraz funkcji poznawczych. Największe działanie w tym zakresie przejawia fluwoksamina, w mniejszym stopniu sertralina.