Naravno prisotni protimikrobni peptidi so tipično majhni, bazični polipeptidi, sestavljeni iz več kot 30 aminokislinskih ostankov; so topni-v vodi in imajo molekulsko maso približno 4000 Daltonov. Večina protimikrobnih peptidov je termostabilnih in ohrani svojo aktivnost tudi po segrevanju na 100 stopinj 10 do 15 minut. Večina jih ima izoelektrično točko večjo od 7 in kaže močne kationske lastnosti. Poleg tega izkazujejo znatno odpornost na visoko ionsko moč in tudi na ekstremne vrednosti pH. Nekateri imajo tudi sposobnost, da se uprejo hidrolizi z encimi, kot sta tripsin ali pepsin.
Sedanje raziskave kažejo, da baktericidni mehanizem protimikrobnih peptidov vključuje predvsem ciljanje na bakterijsko celično membrano; porušijo celovitost membrane in ustvarijo pore, kar povzroči uhajanje znotrajcelične vsebine in posledično celično smrt. Proces se običajno začne z elektrostatično privlačnostjo površine bakterijske membrane, čemur sledi vstavitev hidrofobnega C-konca v hidrofobno regijo membrane, kar spremeni konformacijo membrane. Več peptidov nato tvori ionske kanale znotraj membrane, kar vodi do iztoka specifičnih ionov in povzroči celično smrt. Drugi raziskovalci predlagajo, da ti peptidi medsebojno delujejo z membranskimi proteini-, kar povzroči agregacijo, inaktivacijo in tvorbo ionskih kanalčkov-in s tem spremeni prepustnost membrane in povzroči smrt; ostajajo tudi vprašanja glede obstoja specifičnih membranskih receptorjev in možnih sinergijskih učinkov drugih dejavnikov. Mehanizmi delovanja se lahko med različnimi razredi protimikrobnih peptidov razlikujejo.
