O ácido benzoico não dissociado é altamente lipofílico e penetra facilmente na membrana celular, interferindo na permeabilidade da membrana de microrganismos como bactérias e fungos, e inibindo a absorção de aminoácidos pela membrana celular. A molécula de ácido benzoico, ao entrar na célula, inibe a atividade do sistema enzimático da respiração celular microbiana e reduz a taxa de reação catalisada pela fosfofrutoquinase na respiração anaeróbica em 95%, exercendo, assim, um efeito conservante.

O benzoato de sódio é um conservante ácido. Geralmente é utilizado em condições ácidas e pode ser convertido em ácido benzoico ativo nessas condições. Portanto, seu mecanismo anticorrosivo é semelhante ao do ácido benzoico. Sua função antisséptica é mais eficaz em pH entre 2,5 e 4,0. Não apresenta efeito bactericida ou bacteriostático em meio alcalino. Devido à sua solubilidade em água ser muito maior que a do ácido benzoico, ele se dissolve e dispersa mais facilmente em meio aquoso, além de ser estável ao ar, sendo por isso mais comumente utilizado que o ácido benzoico.