阿霉素具有較強的抗腫瘤作用，因其結構中既含有脂溶性的蒽環配基，又有水溶性的柔紅糖胺；并有酸性酚羥基和堿性氨基。作為一種周期非特異性抗癌化療藥物，本品對各期細胞均有作用 ，但對S期的早期最為敏感，M期次之，而對G1、S和G2期有延緩作用。其作用機制在于可直接作用于DNA，插入DNA的雙螺旋鏈，使后者解開，改變DNA的模板性質，抑制DNA聚合酶從而既抑制DNA，也抑制RNA合成。此外，鹽酸多柔比星注射液具形成超氧基自由基的功能，并有特殊破壞細胞膜結構和功能的作用。
鹽酸多柔比星注射液有強烈的細胞毒性作用，在動物中有致癌作用，在人體也有潛在的致突變和致癌作用。鹽酸多柔比星注射液對動物生殖功能有明顯影響，但在人類，其抑制作用較大白鼠實驗大為減輕。