局麻药的作用机制主要是通过阻滞神经细胞膜上的电压门控性钠离子通道（VGSC），从而抑制动作电位的产生和传导，最终产生局部麻醉作用。

当神经细胞处于静息状态时，细胞膜两侧存在电位差，膜内为负，膜外为正，形成静息电位。当神经受到刺激时，细胞膜上的VGSC开放，钠离子快速内流，使膜电位迅速去极化，形成动作电位。动作电位沿着神经纤维传导，从而实现神经冲动的传递。

局麻药的亲脂性基团能够进入神经细胞膜的脂质双分子层，与VGSC上的特定位点结合。这种结合会使VGSC的构象发生改变，导致通道关闭或不易开放。一方面，局麻药可以降低钠离子通道对钠离子的通透性，减少钠离子内流的速度和数量。这样一来，神经细胞膜就难以去极化到产生动作电位所需的阈值，动作电位无法正常产生。另一方面，即使产生了动作电位，由于钠离子内流受限，动作电位的上升支幅度变小，传导速度减慢。随着局麻药浓度的增加，越来越多的VGSC被阻滞，神经冲动的传导逐渐被抑制，直至完全阻断。

此外，局麻药的作用还具有频率依赖性和电压依赖性。频率依赖性是指神经兴奋频率越高，局麻药的作用越强。这是因为频繁的去极化会使更多的VGSC处于开放状态，增加了局麻药与通道结合的机会。电压依赖性则是指细胞膜去极化程度越大，局麻药与VGSC的结合越紧密，阻滞作用越明显。

除了作用于VGSC外，有研究表明局麻药还可能对其他离子通道如钾离子通道、钙离子通道等产生一定影响，并且可能影响神经细胞膜的脂质结构和功能，不过这些作用相对次要，目前VGSC阻滞仍然是局麻药发挥作用的主要机制。