O mesilato de dolasetron e seu principal metabólito, o hidrodolasetron, são antagonistas seletivos dos receptores 5-HT3. Os receptores 5-HT3 estão localizados em altas concentrações nas terminações nervosas periféricas do nervo vago e, centralmente, na zona quimiorreceptora deflagadora da área postrema. Acredita-se que os agentes quimioterápicos e radioterapia causem náuseas e vômitos pela liberação de 5HT das células enterocromafins do intestino delgado, e que o 5HT liberado ative os receptores 5-HT3 localizados nas terminações aferentes do nervo vago, iniciando o reflexo do vômito. A ativação das vias aferentes vagais pode também liberar 5HT na área postrema, iniciando a emese centralmente. O efeito do ANZEMET IV (Mesilato de dolasetron) no controle das náuseas e vômitos induzidos pela quimioterapia se deve ao antagonismo aos receptores 5-HT3 nos neurônios localizados tanto perifericamente quanto em regiões centrais. Os mecanismos de ação em casos de náuseas e vômitos pós-operatórios ainda são desconhecidos; no entanto, acredita-se que estejam relacionados àqueles envolvidos na indução de náuseas e vômitos causados por quimioterapia.