La nicotina es una pequeña molécula que, tras su inhalación en los pulmones, pasa rápidamente al torrente sanguíneo, atravesando posteriormente la barrera hematoencefálica. Una vez en el cerebro, se une a los receptores específicos de la nicotina, dando lugar a la liberación de neurotransmisores, como la dopamina y la norepinefrina.
NicVAX es una terapia de prevención de recaídas diseñada para estimular el sistema inmunitario con el fin de que produzca anticuerpos que se unan a la nicotina en el torrente sanguíneo e impidan y/o ralenticen su paso por la barrera hematoencefálica y su entrada en el cerebro. Al reducirse la cantidad de nicotina que llega al cerebro, la liberación de neurotransmisores disminuye considerablemente y se reducen los efectos placenteros y reforzadores de la nicotina. Los estudios preclínicos con la vacuna han demostrado que la vacunación retrasa y disminuye la cantidad de nicotina que llega al cerebro y bloquea los efectos de la nicotina, incluidos los efectos que pueden reforzar y mantener la adicción en los animales. Por lo tanto, si un fumador que acaba de dejar el tabaco se vacuna y fuma un cigarrillo después de completar la serie de vacunación, los anticuerpos generados por la vacuna se unen a la nicotina y alteran su distribución en el cerebro. Como no entra suficiente nicotina en el cerebro, no se activan las vías neuronales relevantes para la adicción. No se obtiene ningún placer del cigarrillo de tabaco y el sujeto vacunado no recae y empieza a fumar de nuevo.
NicVAX se administra mediante una inyección en el brazo; la molécula de 3′-aminometilnicotina que se encuentra en la vacuna instiga una respuesta inmunitaria en la que se crean anticuerpos «nicotínicos». Los anticuerpos se unen a las moléculas de nicotina, lo que hace que los complejos nicotina-anticuerpo sean demasiado grandes para entrar en el cerebro; esto impide que la nicotina pueda afectar a las vías relevantes para la adicción en el cerebro. La idea que subyace al fármaco es que, dado que a menudo incluso un solo cigarrillo puede suministrar suficiente nicotina al cerebro para reinstaurar la adicción, bloquear la entrada de nicotina en el cerebro podría evitar esta nueva dependencia. Este tratamiento funciona para la adicción a la nicotina de cualquier origen. Clinical Pharmacology & Therapeutics considera que este método es «atractivo», ya que el anticuerpo no entra en el cerebro; como resultado, los efectos secundarios en el sistema nervioso central son mínimos, si es que hay alguno. Además, los anticuerpos producidos se unen sólo a la nicotina y no a los metabolitos de la nicotina ni a ninguna estructura endógena similar, como la acetilcolina.
Sin embargo, aunque este fármaco puede reducir la adicción, no evita las ansias psicológicas; un usuario podría fumar mucho para compensar los efectos anuladores de NicVAX. Sin embargo, un estudio realizado indicó que esto no ocurrió entre los sujetos de prueba.