奧司他韋作用的靶點是分布于流感病毒表面的神經氨酸酶。神經氨酸酶在病毒的生活周期中扮演了重要的角色，流感病毒在宿主細胞內復制表達和組裝之后，會以出芽的形式突出宿主細胞，但與宿主細胞以凝血酶-唾液酸相連接，神經氨酸酶以唾液酸為作用底物，可催化唾液酸水解，解除成熟病毒顆粒與宿主細胞之間的聯系，使之可以自由移動侵襲其他健康的宿主細胞。抑制神經氨酸酶的活性可以阻止病毒顆粒的釋放，切斷病毒的擴散鏈，因而神經氨酸酶可以成為治療流行性感冒的一個藥物靶點。
人們很早就已經通過X-射線衍射的方式獲得了神經氨酸酶的三維結構，并且獲得了神經氨酸酶活性中心的相關信息。研究顯示，神經氨酸酶的活性中心是一個由高度保守的11個氨基酸序列構成的口袋，活性口袋的入口處分布一個疏水區和一個正電荷集中區，口袋的底部是一個負電荷集中的裂隙。這種活性口袋的結構可以很好地結合其天然底物唾液酸。
設計者以一個體積較大的烷基取代了唾液酸中的甘油，利用這一結構與活性口袋中的疏水區相結合；3位的氨基取代了唾液酸中的羥基，以此與活性口袋底部的負電中心結合；1位的羧酸是與活性口袋口部的正電中心結合的結構，在奧司他韋的設計中用乙醇將游離的羧酸封閉，這種結構本身對靶酶沒有抑制活性，但是由于封閉了極性的羧酸末端，可以提升藥物分子的吸收，獲得較好的藥代動力學性質，在體內經催化水解后，游離的羧酸重新釋放，顯示相應的抑制活性，這種設計在藥物化學中叫做前趨藥。