L'atorvastatina inibisce l'enzima epatico HMG-CoA reduttasi. Questo è responsabile della produzione di colesterolo. Il principio attivo rallenta la conversione dell'HMG-CoA (3-idrossi-3-metilglutaril coenzima A) in mevalonato, il sale dell'acido mevalonico. Questo rallentamento porta a un aumento del numero di recettori LDL sulla superficie cellulare del fegato. Di conseguenza, una maggiore quantità di LDL viene assorbita dalle cellule del fegato e, di conseguenza, una minore quantità di LDL nel sangue. L'atorvastatina riduce anche il VLDL-C (colesterolo delle lipoproteine a densità molto bassa), i trigliceridi e l'IDL (lipoproteine a densità intermedia e apolipoproteina B). L'atorvastatina aumenta anche l'HDL-C (colesterolo delle lipoproteine ad alta densità).
L'atorvastatina viene metabolizzata nel fegato, principalmente dall'enzima CYP3A4. L'effetto è dose-dipendente, vale a dire che maggiore è la quantità di principio attivo somministrato, più alta è la concentrazione nel sangue. A causa del massiccio effetto di primo passaggio dell'atorvastatina, la biodisponibilità, cioè la percentuale di principio attivo disponibile nel sangue, è solo del 14%. L'effetto di primo passaggio si verifica con la maggior parte dei principi attivi che vengono assorbiti nello stomaco o nell'intestino tenue. Il principio attivo viene assorbito attraverso la mucosa dello stomaco o dell'intestino tenue e trasportato al fegato attraverso la vena porta. Nel fegato, prima che il principio attivo raggiunga la circolazione sistemica, viene metabolizzato per la prima volta, in modo che il principio attivo sia disponibile per l'organismo in misura minore. L'effetto di primo passaggio influisce notevolmente sulla biodisponibilità dei rispettivi principi attivi nell'organismo. L'emivita, cioè il tempo necessario all'organismo per espellere metà del principio attivo, è di circa 14 ore. La concentrazione plasmatica massima (Cmax), cioè la concentrazione massima del principio attivo nel plasma sanguigno (parte liquida del sangue priva di cellule), viene raggiunta dopo 1-2 ore.