Исследованиями ряда авторов убедительно доказано прямое воздействие ФОС на холинорецепторы, реакция с эстерофильным или анионным участком холинорецепторов. Предполагают, что такие ганглионарные эффекты, как брадикардия и гипертензия, связаны с действием ФОС на холинорецепторы симпатических и парасимпатических ганглиев. Мионевральный блок дыхательной мускулатуры при тяжелых поражениях ФОС также, видимо, связан с прямым действием ФОС на Н-холинорецепторы мышц, может сниматься реактиваторами холинэстеразы без повышения активности фермента.
ФОС вызывают угнетение также других ферментов, например, некоторых эстераз крови и печени, липазы. Угнетение этих ферментов, возможно, имеет значение в патогенезе отравления некоторыми ФОС.