Herbitsiidid häirivad keemiliste ainete kaudu umbrohtude füsioloogilisi ja biokeemilisi protsesse, põhjustades nende surma või kasvu pärssimist. Herbitsiidide toimemehhanismid on mitmekesised, hõlmates peamiselt järgmist:
1. Fotosünteesi häirimine: Näiteks triasiini herbitsiidid blokeerivad fotosünteesi elektronide transpordiahela, põhjustades umbrohtude hukkumise, kuna nad ei suuda energiat sünteesida;
2. Aminohapete sünteesi inhibeerimine: Näiteks glüfosaat inhibeerib EPSP süntaasi, blokeerides aromaatsete aminohapete sünteesi;
3. Rakkude jagunemise häirimine: Näiteks dinitroaniliini herbitsiidid pärsivad mikrotuubulite moodustumist, takistades rakkude jagunemist;
4. Taimehormoonide matkimine: näiteks 2,4{4}}D stimuleerib kasvu üle, põhjustades deformeerunud ja surnud umbrohtu. Herbitsiidide selektiivsus sõltub põllukultuuride ja umbrohtude ainevahetuse erinevustest; mitteselektiivsetel herbitsiididel on tappev toime kõigile taimedele.
