O mecanismo de ação dos adoçantes baseia-se principalmente na sua capacidade de se ligar aos receptores doces nas papilas gustativas humanas. Quando as moléculas de adoçante se ligam a estes receptores, desencadeiam uma série de reações bioquímicas que, em última análise, transmitem um sinal “doce” ao cérebro. Devido às diferentes estruturas químicas dos diferentes adoçantes, a forma e a força da sua ligação aos receptores doces também variam, resultando em perfis de doçura variados. É importante notar que embora os adoçantes possam imitar a doçura da sacarose, as suas vias metabólicas e efeitos fisiológicos no corpo humano diferem significativamente daqueles da sacarose.