Natrium benzoat paling efektif dalam kondisi asam (pH di bawah 4,5). Dalam lingkungan asam, ia berubah menjadi bentuk aktifnya, asam benzoat. Asam benzoat dapat menembus ke dalam sel mikroba. Dalam lingkungan netral di dalam sel, ia mengionisasi dan mengasamkan bagian dalamnya, mengganggu penyerapan nutrisi dan fungsi enzim, sehingga mencegah pertumbuhan mikroba.
