1．抗凝作用
水蛭素是凝血酶抑制剂，故有抗凝血作用，每mg水蛭素含10400抗凝血酶单位活性。0．5mg水蛭素就足以阻止5mi兔血液凝固；20mg水蛭素可阻止100mi人血的凝固。
水蛭素是迄今已知世界上最强的凝血酶特效抑制剂。与凝血酶结合形成非共价复合物。该物极稳定，解离常数为10-1z数量级，且反应速度极快。因为水蛭素与凝血酶的亲合力极强，所以，在很低浓度下就能中和凝血酶，相当于摩尔数比率1：1。水蛭素的抗凝血活性标准可通过凝血酶来测定。能够中和一个国际单位凝血酶的水蛭素的量，为一个抗凝单位(1AT—U)的水蛭素。
水蛭素不仅能阻止纤维蛋白原凝固，也能阻止凝血酶催化的血瘀反应。如凝血因子v、Ⅶ、Ⅶ均能被水蛭素所抑制。血液凝固被推迟或完全被阻止，则取决于水蛭素的浓度。
水蛭素不但能抗凝血，而且对于由凝血酶诱导的其它细胞的非血瘀现象也有作用。并能抑制凝血酶诱导的成纤维细胞的增殖和凝血酶对内皮细胞的刺激。水蛭素能抑制凝血酶对血小板的作用，抑制凝血酶同血小板的结合，抑制血小板对凝血酶刺激的释放，并能使凝血酶同血小板解离。
水蛭素比肝素抗凝作用更显著，且较少引起难以控制的自发性出血。用肝素出血的发生率为5％，而用水蛭素仅为l％。实践中，用水蛭素、肝素分别为严重心衰病人治疗，两组病人均给予阿斯匹林和组织纤维蛋白溶酶原化剂(tPA)，治疗时先给一次大剂量药，然后减为小量维持用药5天。在首次给药90分钟后，水蛭素组及肝素组的病人血流状况改善分别为65％和57％，用药18—36小时后，分别上升为98％和89％。两组病人心脏病再次发作或死亡者比较，肝素组死亡率为6％，而水蛭素组为2％；病人日后需接受心脏旁路手术或血管成形术者，水蛭素也比肝素组少，分别为34％和51％。
2．抗血栓作用
水蛭素对各种血栓病均有效，尤其对静脉血栓和DIC(弥漫性血管内凝血)的作用更明显。例如给大鼠和兔适量的水蛭素，可抑制其颈动脉血栓形成，而且形成的血栓比对照组小。由于血液损伤引起的颈动脉血栓和冠状动脉血栓形成，可被水蛭素完全抑制，并能有效的抑制大鼠和断奶小猪微血栓形成，减轻由凝血酶或内毒素对凝血素流诱导的改变，减少纤维蛋白沉积。同时血功能的特征变化一—左心室压升高程度也减少了。
对于不同的实验模型，抗栓的有效剂量和血浓度也不一样；用大鼠作实验，比较水蛭素治疗各种血栓的有效浓度，静脉血栓和DIC所需的水蛭素浓度最低，并且均比肝素低。水蛭素治疗静脉血栓所需的血浓度是肝素的1/20，而治疗DIC仅是肝素的1/50。因为在静脉血栓形成过程中，主要的血浆凝固因子被活化，导致凝血酶的形成，而水蛭素是最强的凝血酶抑制剂。
按40AT-U／(kg．min)速度给大鼠静脉滴入水蛭素，血浆浓度为4.3AT-U／m1时，则可完全抑制静脉血栓形成。而要完全抑制动脉血栓的形成，则需要按200AT-U／kg.min，给水蛭素60min。抑制动脉血栓比抑制静脉血栓，水蛭素的剂量要高5倍。与肝素相比，水蛭素抑制血栓形成的浓度，远远小于其引起出血的浓度。在它完全抑制动脉血栓的血浓度下，只引起出血时间延长50％一60％，而肝素则有引起出血的严重副作用。
在抗栓治疗中，与肝素相比，水蛭素的另一显著优点是不增加抗凝血酶-Ⅲ(AT-Ⅲ)的消耗，肝素与水蛭素都有抑制凝血酶对纤维蛋白质与血小板的作用，但水蛭素与辅因子无关。在DIC发病过程中，AT-Ⅲ要减少，这将减少了肝素治疗DIC的疗效，当AT-Ⅲ在血浆中的浓度低于正常值70％一80％，则有形成血栓的危险。
四、水蛭素的药物动力学
水蛭素的抗凝血与抗血栓效果，取决于其在血中的浓度，测定其血浓度方法，主要是通过测量血液凝固时间形成或用底质发色的方法，求出其与过量凝血酶反应后，剩余凝血酶的量。
犬、兔和大鼠静脉注射水蛭素后，消除速率相当快，消除半衰期为l小时左右。
水蛭素分布于细胞外的空间，通过肾小球过滤，以活性形式排出体外。
经HPLC测定，氨基酸组成及序列分析结果也表明，注射给予的水蛭素，未经代谢与机体结合，以原形通过肾脏排泄。
动物与人体药理实验相似，静注给药符合二房室模型方程。
