Les effets biochimiques, vraisemblablement à l'origine de l'effet thérapeutique, reposent sur une diminution du recaptage présynaptique de la noradrénaline (NA) et de la sérotonine (5‑HT) dont la transmission synaptique est facilitée. L'imipramine peut donc être considérée comme un inhibiteur du recaptage "mixte" de la NA et de la 5-HT en proportions similaires.