Тадалафил является селективным, обратимым ингибитором фосфодиэстеразы типа 5 (PDE5) со специфичностью к циклическому гуанозинмонофосфату (цГМФ). Когда сексуальная стимуляция вызывает локальное высвобождение оксида азота, ингибирование PDE5 тадалафилом приводит к увеличению уровня цГМФ в кавернозных телах полового члена. В результате происходит расслабление гладких мышц артерий и приток крови к тканям полового члена, что вызывает эрекцию. Тадалафил не оказывает эффекта при отсутствии сексуальной стимуляции.
Исследования in vitro показали, что тадалафил является селективным ингибитором PDE5. PDE5 — это фермент, который содержится в гладких мышцах кавернозных тел, сосудистых и висцеральных гладких мышцах, скелетных мышцах, тромбоцитах, почках, лёгких и мозжечке. Влияние тадалафила на PDE5 значительно сильнее, чем на другие фосфодиэстеразы. Тадалафил более чем в 10 000 раз селективнее к PDE5 по сравнению с PDE1, PDE2 и PDE4 — ферментами, присутствующими в сердце, головном мозге, кровеносных сосудах, печени и других органах. Тадалафил также более чем в 10 000 раз селективнее к PDE5 по сравнению с PDE3 — ферментом, который находится в сердце и кровеносных сосудах. Эта селективность важна, поскольку PDE3 участвует в сократимости сердца. Кроме того, тадалафил примерно в 700 раз более селективен к PDE5 по сравнению с PDE6 — ферментом, содержащимся в сетчатке и отвечающим за фототрансдукцию. Также тадалафил более чем в 10 000 раз селективнее к PDE5 по сравнению с PDE7–PDE10.
Тадалафил улучшает эректильную функцию и способность к успешному половому акту. Препарат действует до 36 часов. Эффект проявляется уже через 15 минут после приёма при наличии сексуальной стимуляции. У здоровых добровольцев тадалафил не вызывает значимых отличий по сравнению с плацебо в показателях систолического и диастолического артериального давления в положении лёжа (среднее максимальное снижение 1,6 мм рт. ст. и 0,8 мм рт. ст. соответственно) и стоя (0,2 мм рт. ст. и 4,6 мм рт. ст. соответственно). Тадалафил также не вызывает значимых изменений частоты сердечных сокращений.
Тадалафил не влияет на восприятие цветов (синий/зелёный), что объясняется его низким сродством к PDE6. Также не было выявлено влияния тадалафила на остроту зрения, электретинограмму, внутриглазное давление и размер зрачка. В исследованиях с ежедневным приёмом тадалафила в дозе 10 мг у мужчин не было выявлено клинически значимых изменений количества сперматозоидов, их концентрации, подвижности и морфологии.