Hiện tại đã có nhiều nghiên cứu về cơ chế tác động của probiotic, tuy chưa rõ ràng lắm nhưng cũng có thể tóm tắt thành các kiểu tác động sau
a. Sản sinh các chất ức chế
Otutumi et al, (2010) cho rằng tại ruột, probiotic kháng khuẩn bằng cách sản sinh ra bacteriosin, cạnh tranh ức chế với vi khuẩn gây bệnh, ức chế vi khuẩn bám dính hay vi khuẩn chuyển vị, làm giảm pH đường ruột và tăng sản xuất dịch nhày đường ruột làm cho lớp dịch nhày này dày lên.
Theo Vũ Duy Giảng (2012) ngoài bacteriosin, các probiotic còn sản sinh ra các acid béo mạch ngắn, acid hữu cơ như acid lactic, acid propionic, acid acetic, hydrogen peroxide, pyroglutamate…
b. Nâng cao đáp ứng miễn dịch đường ruột
Theo các trích dẫn của Otutumi et al. (2010) các probiotic dịch chuyển dọc theo thành ruột và nhân lên cho đến khi không còn nhân lên được nữa, các kháng nguyên được sinh ra từ vi sinh vật được tế bào hấp thu từ đó làm tăng khả năng miễn dịch (Havenaar and Spanhaak, 1994).
Trong khi đó Loddi (2003) và Nunes (2008) cho rằng các kháng nguyên (lipopolysaccharides và peptidoglycans) không ngừng nhân lên trong đường ruột, chúng tạo ra các tác chất hóa học tác dụng lên tế bào biểu mô và các tế bào liên quan đến khả năng miễn dịch của niêm mạc ruột từ đó gây ra sự thay đổi trong biểu mô đường ruột gia cầm. Các kháng nguyên này là thành phần quan trọng hình thành miễn dịch tại chỗ của gia cầm.
c. Tranh giành vị trí bám dính với các vi khuẩn có hại
Các trích dẫn của Otutumi et al. (2010) cho thấy hoạt động của các kháng nguyên và chất tiết từ vi sinh vật đã ức chế sự xâm nhập và ngăn cản vi khuẩn bám vào tế bào biểu mô bằng cách tăng tiết cytokines (TNF-α, IFN-γ, IL-10 and IL-12) (Arvola et al., 1999), cytokines làm niêm mạc ruột tiết IgA từ đó gây tăng tiết dịch nhày (Gupta and Garg, 2009). Chất nhày có tác dụng bôi trơn, giúp các biểu mô chống lại các tác nhân gây bệnh. Chất nhày tạo ra một rào cản vật lý giữa biểu mô ruột và các chất chứa bên trong ruột (Oliveira and Sequeira et al., 2008), và tạo điều kiện cho các vi sinh vật có thể sống trong đường ruột (Mattar et al., 2002).
Khi vi khuẩn probiotic bám lên niêm mạc thành ruột chúng sẽ tạo ra môi trường acid nhẹ (chủ yếu là acid lactic), kiềm chế sự phát triển của những loài vi khuẩn có hại (Elixa, 2004).
d. Tranh giành hóa chất, năng lượng với các vi khuẩn khác
Tất cả các vi khuẩn điều yêu cầu sắt (Fe) để phát triển, probiotic có khả năng sinh ra một hợp chất sắt có khối lượng phân tử thấp (<1500), hòa tan chất kết tủa của sắt. Các vi khuẩn gây hại không có khả năng này nên một số vi khuẩn có hại đã bị loại khỏi hệ tiêu hóa, có thể nói nhờ vào cơ chế này mà các probiotic có thể cạnh tranh hóa chất, năng lượng với các vi khuẩn khác (trích dẫn của Nguyễn Tiến Sĩ, 2008).