El ácido benzoico no disociado es altamente lipofílico y penetra fácilmente la membrana celular, interfiere con la permeabilidad de la membrana celular de microorganismos como bacterias y mohos, e inhibe la absorción de aminoácidos por la membrana celular. La molécula de ácido benzoico que entra en la célula inhibe la actividad del sistema enzimático de respiración celular microbiana y reduce la velocidad de reacción catalizada por la fosfofructoquinasa en la respiración anaeróbica en un 95 %, lo que ejerce un efecto conservante.

El benzoato de sodio es un conservante ácido. Generalmente se utiliza en condiciones ácidas y, en condiciones ácidas, puede convertirse en ácido benzoico activo. Por lo tanto, su mecanismo anticorrosivo es el mismo que el del ácido benzoico. Su efecto antiséptico es óptimo cuando el pH está entre 2,5 y 4,0. No presenta efecto bactericida ni bacteriostático en medios alcalinos. Dado que el benzoato de sodio es mucho mayor en agua que el ácido benzoico, se disuelve y dispersa con mayor facilidad en medios acuosos y es estable en el aire, por lo que se utiliza con mayor frecuencia que el ácido benzoico.