A atorvastatina inibe a enzima hepática HMG-CoA redutase. Esta é responsável pela produção de colesterol. A substância ativa atrasa a conversão da HMG-CoA (3-hidroxi-3-metilglutaril coenzima A) em mevalonato, o sal do ácido mevalónico. Este abrandamento conduz a um aumento do número de receptores de LDL na superfície das células do fígado. Consequentemente, mais LDL é absorvido pelas células hepáticas e, por conseguinte, menos LDL é transportado para o sangue. A atorvastatina também reduz o VLDL-C (colesterol de lipoproteína de densidade muito baixa), os triglicéridos e os IDL (lipoproteína de densidade intermédia e apolipoproteína B). A atorvastatina aumenta igualmente o colesterol HDL (colesterol de lipoproteínas de alta densidade).
A atorvastatina é metabolizada no fígado, principalmente pela enzima CYP3A4. É dependente da dose, ou seja, quanto mais substância ativa for administrada, maior será a concentração no sangue. Devido ao enorme efeito de primeira passagem da atorvastatina, a biodisponibilidade, ou seja, a percentagem da substância ativa disponível no sangue, é de apenas 14%. O efeito de primeira passagem ocorre com a maioria dos ingredientes activos que são absorvidos no estômago ou no intestino delgado. A substância ativa é absorvida através da membrana mucosa do estômago ou do intestino delgado e transportada para o fígado através da veia porta (vena portae). No fígado, antes de o ingrediente ativo chegar à circulação sistémica, é metabolizado pela primeira vez, de modo que o ingrediente ativo fica disponível para o organismo em menor grau. O efeito de primeira passagem tem uma grande influência na biodisponibilidade dos respectivos ingredientes activos no organismo. A meia-vida, ou seja, o tempo que o organismo necessita para excretar metade do ingrediente ativo, é de cerca de 14 horas. A concentração plasmática máxima (Cmax), ou seja, a concentração máxima do ingrediente ativo no plasma sanguíneo (parte líquida sem células do sangue), é atingida após 1-2 horas.