Leuprolid ist ein synthetisches Analogon des gonadotropinfreisetzenden Hormons (GnRH), das als GnRH-Agonist wirkt, indem es an die GnRH-Rezeptoren in der vorderen Hypophyse bindet, was zu einem anfänglichen Anstieg der Sekretion von luteinisierendem Hormon (LH) und follikelstimulierendem Hormon (FSH) führt. Diese anfängliche Stimulation wird gefolgt von einer Herunterregulierung der GnRH-Rezeptoren und einer anschließenden Unterdrückung der LH- und FSH-Freisetzung, was letztendlich zu einer verringerten Testosteronproduktion durch die Hemmung der hypothalamisch-hypophysär-gonadalen (HPG) Achse führt. Die genauen molekularen Mechanismen, die den langfristigen Auswirkungen von Leuprolid auf das Fortschreiten von Prostatakrebs zugrunde liegen, sind nicht vollständig verstanden.