Natri benzoate có hiệu quả nhất trong điều kiện axit (pH dưới 4,5). Trong môi trường axit, nó chuyển thành dạng hoạt động là axit benzoic. Axit benzoic có thể xâm nhập vào tế bào vi sinh vật. Trong môi trường trung tính bên trong tế bào, nó ion hóa và axit hóa bên trong, làm gián đoạn quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng và chức năng enzyme, từ đó ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật.
