Le nilutamide est un anti-androgène spécifique non stéroïdien, sans action sur les récepteurs stéroïdiens (estrogène, progestérone, minéralo et glucocorticoïdes) et donc dépourvu de toute autre activité hormonale ou anti-hormonale.
In vitro, il se fixe au récepteur androgène, empêchant ainsi les androgènes de se lier à lui.
In vivo, grâce à sa biodisponibilité et à sa cinétique, il interagit de manière permanente avec ce récepteur sans effet androgène (peu de translocation nucléaire).
Cela se traduit par une activité anti-androgène périphérique complète lorsquest associée une castration chirurgicale ou chimique (par analogue de la LH-RH) avec comme conséquences : inhibition des effets des androgènes dorigine surrénalienne (dont la sécrétion est conservée quel que soit le mode de castration) ; inhibition des effets potentiels de laugmentation de la testostérone entraînée par un analogue de la LH-RH, dans les premiers jours du traitement.