一系列酶促級聯放大反應在內源性和外源性凝血過程中使凝血酶原活化，生成凝血酶。凝血酶是一種絲氨酸蛋白酶，在血栓形成過程中起非常關鍵的作用，包括血凝過程的級聯反應、纖維蛋白沉積和血小板活化等。抗凝抑制劑可分為間接凝血酶抑制劑和直接抗凝血酶抑制劑。前者是通過催化凝血酶的天然抑制劑（ATIII或肝素輔助因子II）而產生抗凝作用。而水蛭素是特異性凝血酶抑制劑，能與凝血酶直接結合,其抗凝作用不依賴ATIII或肝素輔助因子II，屬直接凝血酶抑制劑。水蛭素通過作用于凝血酶的非活性底物識別位點和酶活性中心2個位點，與凝血酶1:1結合形成不可逆的復合物，從而使凝血酶失去作用。水蛭素的抗凝作用不但專一，而且其抗凝活性明顯強于肝素。此外，水蛭素不僅能抑制血漿中游離的凝血酶。