細菌的細胞壁主要由多糖、蛋白質和類脂類構成，具有維持形態、抵抗滲透壓變化的重要功能。 [12] 因此，抑制細胞壁的合成會導致細菌細胞破裂死亡；而哺乳動物的細胞因為沒有細胞壁，所以不受這些藥物的影響。這一作用的達成依賴于細菌細胞壁的一種蛋白，通常稱為青霉素結合蛋白（PBPs），β內酰胺類抗生素能和這種蛋白結合從而抑制細胞壁的合成，所以PBPs也是這類藥物的作用靶點。以這種方式作用的抗菌藥物包括青霉素類和頭孢菌素類，但是頻繁的使用會導致細菌的抗藥性增強。
