小分子化合物主要通過調節其蛋白靶點的活性發揮作用。目前小分子化合物的蛋白靶點主要包括酶、離子通道和受體三大類。根據靶點種類的不同，小分子化合物發揮著不同的作用。
1. 酶的抑制劑（enzyme inhibitor）
在所有的小分子化合物中，抑制劑是最為大家所熟知的。實際上，抑制劑是針對于酶這類靶點而言的。作為酶的抑制劑的小分子通過跟酶結合降低酶的催化活性。
根據與酶結合形式的不同，抑制劑可以分為不可逆抑制劑和可逆抑制劑。前者通過共價鍵的形式與酶結合，這種結合方式對酶活性的抑制作用是不可逆的。而可逆抑制劑通過非共價鍵（如氫鍵、疏水作用等）與酶結合，這種形式的結合沒有經過化學反應，可以通過稀釋或透析的方式去除，對于酶活性的抑制作用是可逆的。
根據與酶結合位點的不同，可逆抑制劑又可以分為競爭性抑制、非競爭性抑制和反競爭性抑制。所謂競爭性抑制，是指抑制劑與酶的底物競爭性結合酶的同一個活性位點，這種情況下，抑制劑或底物與酶的結合受各自濃度的影響。非競爭性抑制則是抑制劑結合酶的部位與底物不同，但是與酶結合之后可能導致酶的構象改變影響底物與酶的進一步結合（例如變構抑制）。而反競爭性抑制劑則只有在底物與酶結合形成復合體之后才能與之結合，影響酶的催化活性。
值得一提的是，小分子化合物與酶結合后，并不是只能起抑制作用。有些化合物與酶結合后，也可以促進酶對底物的催化作用，起到活化劑（activator）的作用。
1.2. 離子通道的阻滯劑（channel blocker）
離子通道允許特定的離子通過細胞膜，引發一定的生物學反應，主要包括電壓門控通道（例如 Ca2+ 通道、K+ 通道、Na+ 通道、Cl- 通道等）和配體門控通道（通道型受體，如 GABA 受體，5-HT 受體，Ach 受體等）。通常情況下，離子通道需要特定的刺激來控制其開放及關閉。有些化合物可以被用來阻止離子通道的開放，即為離子通道的阻滯劑。
1.3.受體激動劑、拮抗劑、反向激動劑（receptor agonist, antagonist, reverse agonist）
通常情況下，受體與其配體（信號）結合后被活化，將信號傳導下去，繼而產生一定的生物學現象。有些化合物可以與受體結合，起到與配體相同的作用，活化受體，這樣的化合物即為受體的激動劑。而拮抗劑在激動劑存在的情況下，拮抗激動劑對受體的激動作用，拮抗劑單獨作用于受體沒有任何作用。反向激動劑起到的作用與激動劑相反。有些受體（如G蛋白耦聯受體）在沒有配體激動的情況下也可表現出一定的本底活性，反向激動劑的作用即是抑制受體本底水平的活性。
雖然根據靶點種類的不同，小分子化合物分為酶的抑制劑、離子通道的阻滯劑和受體的激動劑/拮抗劑等，但是這些分類并不是絕對的。因為有些靶點本身就身兼數職，如受體酪/氨酸激酶既是酶又是受體，配體門控離子通道既是受體又是離子通道等。這也有可能是很多科研人員在實際應用過程中，將抑制劑、拮抗劑、阻滯劑等名詞混用的原因。
