Pemetrexed ist ein Folsäure-Antagonist mit antitumoralen, antiproliferativen und zytostatischen Eigenschaften. Im engeren Sinne bezeichnet man als Folsäure-Analoga eine kleine Gruppe von (unselektiv wirksamen) Zytostatika (sog. Antimetabolite) mit Methotrexat (MTX) als Leitsubstanz. Die Effekte von Pemetrexed beruhen auf der Hemmung Folat-abhängiger Stoffwechselprozesse, die für die Zellteilung wichtig sind. Pemetrexed hemmt die folatabhängigen Enzyme:
- Thymidylatsynthase
- Dihydrofolatreduktase und
- Glycinamidribonucleotidformyltransferase.
Diese Enzyme sind an der Biosynthese von Pyrimidin- und Purinnukleotiden beteiligt. Dabei handelt es sich um Bestandteile der DNA und RNA, die für die benötigt werden. Die Halbwertszeit von Pemetrexed beträgt etwa 3.5 Stunden.