培美曲塞是一種結構上含有核心為吡咯嘧啶基團的抗葉酸製劑，透過破壞細胞內葉酸依賴性的正常代謝過程，抑制細胞複製，進而抑制腫瘤的生長。體外研究顯示，培美曲塞能夠抑制胸苷酸合成酶、二氫葉酸還原酶和甘氨酰胺核苷酸甲酰轉移酶的活性，這些酶都是合成葉酸所必需的酶，參與胸腺嘧啶核苷酸和嘌吟核苷酸的生物再合成過程，培美曲塞通過運載葉酸的載體和細胞膜上的葉酸結合蛋白運輸系統進入細胞內。一旦培美曲塞進入細胞內，它就在葉醯多谷氨酸合成酶的作用下轉化為多谷氨酸的形式。多谷氨酸存留於細胞內成為胸苷酸合成酶和甘氨酰胺核苷酸甲酰轉移酶的抑制劑，多谷氨酸化在腫瘤細胞內呈現時間-濃度依賴性過程，而在正常組織內濃度很低。多谷氨酸化代謝物在腫瘤細胞內的半衰期延長，也延長了藥物在腫瘤細胞內的作用時間。 臨床前研究顯示培美曲塞體外可抑制間皮瘤細胞株(MSTO-211H，NCI-H2052)的生長。間皮瘤細胞株MSTO-211H的研究顯示出培美曲塞與順鉑合併有協同作用。