โดยปกติแล้วการแบ่งกลุ่มยาปฏิชีวนะนั้นจะแบ่งตามกลไกการออกฤทธิ์, โครงสร้างทางเคมี หรือขอบเขตการออกฤทธิ์ โดยมีเป้าหมายการออกฤทธิ์มุ่งไปที่การขัดขวางการทำงานในระดับเซลล์หรือการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย[16] ซึ่งเป้าหมายเหล่านั้นอาจเป็นผนังเซลล์ (กลุ่มเพนิซิลลิน และกลุ่มเซฟาโลสปอริน) หรือเยื่อหุ้มเซลล์ (พอลีมิกซิน) หรือรบกวนการทำงานของเอนไซม์ที่จำเป็นของแบคทีเรีย (กลุ่มไรฟามัยซิน, กลุ่มลิปิอาร์มัยซิน, กลุ่มควิโนโลน, และกลุ่มซัลโฟนาไมด์) โดยที่ออกฤทธิ์ที่ตำแหน่งดังข้างต้นนั้นจะมีคุณสมบัติเป็น ยาปฏิชีวนะที่ออกฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรีย (bactericidal antibiotic) ส่วนยาปฏิชีวนะอื่นที่ออกฤทธิ์ยับยั้งการสังเคราะห์โปรตีนของแบคทีเรีย (กลุ่มแมโครไลด์, กลุ่มลินโคซาไมด์ และเตตราไซคลีน) จะเป็น ยาปฏิชีวนะที่ออกฤทธิ์ยับยั้งการเจริญเติบโตเชื้อแบคทีเรีย (bacteriostatic antibiotic) ยกเว้นกลุ่มอะมิโมไกลโคไซด์ที่ออกฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรีย[99] นอกเหนือไปจากนี้มักเป็นการแบ่งตามความจำเพาะในการออกฤทะกับเป้าหมาย ยกตัวอย่างเช่น ยาปฏิชีวนะที่มีขอบเขตการออกฤทธิ์แคบ (Narrow-spectrum antibiotics) จะหมายถึงยาปฏิชีวนะที่ออกฤทธิ์จำเพาะต่อแบคทีเรียกลุ่มใดกลุ่มหนึ่ง อาทิ แบคทีเรียแกรมลบ หรือแบคทีเรียแกรมบวก เป็นต้น ในขณะที่ ยาปฏิชีวนะที่มีขอบเขตการออกฤทธิ์กว้าง (Broad-spectrum antibiotics) จะออกฤทธิ์ต่อแบคทีเรียได้หลายกลุ่ม นอกเหนือจากการแบ่งกลุ่มดังข้างต้น ได้มีการคิดค้นพัฒนายาปฏิชีวนะกลุ่มใหม่เพิ่มขึ้นอีกจำนวนหนึ่ง ซึ่งหากย้อนไปในอดีตราว 40 กว่าปีที่แล้วตั้งแต่ที่มีการค้นพบสารประกอบกลุ่มใหม่ที่มีคุณสมบัติในการต้านแบคทีเรีย ก็ไม่ได้มีการค้นพบยาปฏิชีวนะกลุ่มใหม่เพิ่มขึ้นเท่าใดนัก จนกระทั่งในช่วงปลายคริสต์ทศวรรตที่ 2000 และต้นคริสต์ทศวรรตที่ 2010 ได้มีการพัฒนาคิดค้นยาปฏิชีวนะกลุ่มใหม่ขึ้นได้สำเร็จและถูกนำมาใช้ทางคลินิกมากถึง 4 กลุ่ม ได้แก่ กลุ่มไลโปเพปไทด์ (เช่น แดพโตมัยซิน), กลุ่มไกลซิลไซคลีน (เช่น ไทกีไซคลีน), กลุ่มออกซาโซลิไดโอน (เช่น ไลนิโซลิด), และ กลุ่มลิปิอาร์มัยซิน (เช่น ฟิแดกโซมัยซิน)[100][101]

ทั้งนี้ การแบ่งยาปฏิชีวนะตามกลไกการออกฤทธิ์โดยสังเขปแล้วสามารถแบ่งได้ตามตารางต่อไปนี้: