A leucovorina cálcica é uma forma reduzida do ácido fólico, que se converte com facilidade em outros derivados reduzidos de ácido fólico (por exemplo, tetraidrofolato, que é a forma ativa). Como não requer redução pela diidrofolato-redutase, como no caso do ácido fólico, o bloqueio desta enzima produzido pelos antagonistas do ácido fólico (inibidores da diidrofolato-redutase) não afeta a leucovorina cálcica. Isto permite que se produza a síntese de purinas e timidina e, portanto, a síntese de DNA, RNA e de proteínas. A leucovorina cálcica pode limitar a ação do metotrexato sobre as células normais mediante competição com o metotrexato pelos mesmos processos de transporte para o interior das células. A leucovorina cálcica reduz o efeito do metotrexato sobre as células da medula óssea e gastrointestinais mas aparentemente não tem efeito sobre a nefrotoxicidade induzida por metotrexato.