ДМСО проявляет три различных режима действия, каждый в разном диапазоне концентраций. При низких концентрациях ДМСО вызывает истончение мембраны и увеличивает текучесть гидрофобного ядра мембраны. При более высоких концентрациях ДМСО вызывает временные водные поры в мембране. При еще более высоких концентрациях отдельные молекулы липидов десорбируются из мембраны с последующим разрушением двухслойной структуры.