โดยย่อ ๆ แล้ว ยาออกฤทธิ์โดยเข้ายึดกับจุดยึดของยากลุ่มเบ็นโซไดอาเซพีน ที่ตัวรับ GABA ของเซลล์ประสาทเป้าหมาย ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการสื่อประสาทแบบ GABA และเพิ่มระดับไอออนของคลอไรด์ที่ไหลเข้าไปในเซลล์โดยมีผลตามมาคือการยับยั้งการสื่อประสาทแบบทั่วระบบประสาทกลาง[120][121]

ยากลุ่มเบ็นโซไดอาเซพีน ไม่ได้เปลี่ยนระดับสารสื่อประสาทแบบ GABA ในสมอง[122]โคลนาซีแพมนอกจากไม่มีผลต่อระดับสารสื่อประสาทแล้ว ยังไม่มีผลต่อเอนไซม์ GABA transaminase แต่ว่ามีผลต่อการทำงานของเอนไซม์ glutamate decarboxylase ซึ่งเร่งปฏิกิริยากำจัดคาร์บอกซิล (carboxylation) จากกลูตาเมต แล้วมีผลเป็น GABAโดยเป็นยาที่ต่างจากยาแก้ชักอื่น ๆ ที่ศึกษาในงานหนึ่ง[123]

ยาควบคุมระบบ GABA ในสมองผ่านจุดยึดของ benzodiazepine บนตัวรับ GABAA แล้วมีผลเพิ่มการยับยั้งการสื่อประสาทแบบ GABAergicยา benzodiazepine ไม่ได้ทดแทน GABA แต่เป็นตัวเพิ่มผลของ GABA ที่ตัวรับ GABAA โดยเพิ่มความถี่การเปิดช่องไอออนของคลอไรด์ ซึ่งเพิ่มผลยับยั้งของ GABA และการระงับระบบประสาทกลางโดยทั่วไป[4]นอกจากนั้นแล้ว โคลนาซีแพมยังลดการใช้การสื่อประสาทโดยเซโรโทนินของเซลล์ประสาท[124][125]และเข้ายึดกับจุดยึดหลักของ benzodiazepine ได้อย่างแน่น[126]เพราะว่ายามีประสิทธิผลในขนาดต่ำ (0.5 มก. = 10 มก. diazepam)[127]จึงจัดเป็นกลุ่มยา benzodiazepine ที่มีฤทธิ์สูง (highly potent)[128]ผลต้านการชักของยากลุ่มเบ็นโซไดอาเซพีน มาจากการเพิ่มระดับการตอบสนองของการสื่อประสาทแบบ GABA และมีผลยับยั้งการยิงสัญญาณความถี่สูงอย่างต่อเนื่องของเซลล์ประสาท[129]

ยากลุ่มเบ็นโซไดอาเซพีน รวมทั้งยานี้ เข้ายึดกับเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์เกลียของหนูหริ่งโดยมีสัมพรรคภาพระดับสูง (high affinity)[130][131]ยายังลดระดับการปล่อยสารสื่อประสาท acetylcholine ในสมองแมว[132]และลดการปล่อยฮอร์โมนโพรแลกตินในหนู[133]ยายังยับยั้งการปล่อยฮอร์โมน thyroid stimulating hormone (โดยมีชื่ออื่นว่า TSH หรือ thyrotropin) ที่เกิดจากการเป็นหวัด[134]ในการทดลองที่ทำกับองค์ประกอบเซลล์ของสมองหนู ในระดับไมโครโมล/ลิตร ยากลุ่มเบ็นโซไดอาเซพีน เข้ายึดกับจุดยึดอีกประเภทของมัน (ที่เรียกว่า Micromolar-affinity benzodiazepine receptor) โดยเป็น Ca2+ channel blocker ซึ่งยับยั้งการไหล (uptake) ของไอออนแคลเซียมเข้าไปในเซลล์ประสาทอย่างสำคัญเมื่อเยื่อหุ้มเซลล์เกิดการลดขั้ว (depolarization) ซึ่งผู้เขียนคาดว่า เป็นกลไกให้ความเสถียรต่อการชักที่ปรากฏเมื่อให้ยาในขนาดสูง[135]ยาเป็นสารอนุพันธ์โดยเพิ่มคลอรีนจาก nitrazepam ผ่านกระบวนการ halogenation[136]และดังนั้น จึงเป็นยา benzodiazepine แบบเพิ่มคลอรีน-ไนโตรเจน (chloro-nitro)[137]