Botulinum toksin je nevrotoksin, kar pomeni, da usmerjeno deluje na živčni sistem in moti signalne poti, ki spodbujajo krčenje mišice. Posledica tega delovanja je začasna paraliza mišic.
Da bi se skrčila katerakoli mišica v telesu, mora živec (ki določeno mišico oživčuje) v živčno-mišični stik sprostiti kemijsko molekulo imenovano acetilholin. Ta se nato veže na receptorje na mišični celici in povzroči kontrakcijo ali skrčenje mišice. Botulinski toksin deluje tako, da prepreči sproščanje acetilholina, s čimer prepreči kontrakcijo mišice. Prav ta mehanizem je postavil temelje za razvoj toksina kot terapevtskega orodja.