O Xilitol atua dissolvendo a matriz extracelular de polissacarídeos do biofilme dental, impedindo a adesão física das bactérias à superfície do esmalte, mas não interfere no metabolismo intracelular dos microrganismos.

A ação do Xilitol restringe-se à remineralização do esmalte, pois ele se liga aos íons cálcio da saliva formando complexos de xilitol-apatita, sem apresentar qualquer efeito sobre a flora bacteriana.

O Xilitol é transportado para o interior da célula bacteriana através do sistema fosfotransferase, mas não pode ser metabolizado para gerar energia, acumulando-se como xilitol-5-fosfato e inibindo a glicólise bacteriana através de um "ciclo fútil" que consome energia da bactéria, reduzindo seu crescimento e produção de ácidos.

O Xilitol é convertido pelas bactérias em ácido lático de cadeia longa, que possui baixo potencial de desmineralização, substituindo os ácidos mais agressivos produzidos a partir da sacarose.

O mecanismo principal do Xilitol é o aumento do pH salivar para valores acima de 9,0, criando um ambiente alcalino que causa a lise osmótica imediata de todas as bactérias cariogênicas presentes na cavidade bucal.