Механизмы нефротоксического действия ксенобиотиков многообразны и вместе с тем развиваются по достаточно общему сценарию. Прошедший через фильтрационный барьер в клубочках токсикант концентрируется (примерно в 100 раз) внутри канальцев в силу реабсорбции большей части воды, содержащейся в первичной моче (см раздел "Экскреция"). Под влиянием складывающегося при этом градиента концентрации или в силу процессов активной реабсорбции, ксенобиотики поступает в клетки канальцевого эпителия и там накапливается. Нефротоксическое действие развивается при достижении критической концентрации токсиканта в клетках.
В зависимости от физико-химических свойств веществ, происходит их взаимодействие с молекулами-рецепторами (мембранные структуры, энзимы, структурные протеины, нуклеиновые кислоты), входящими в структуру одного из клеточных компартментов: лизосом (аминогликозиды и др.), цитоплазмы (тяжелые металлы - кадмий), рибосом, гладкого эндоплазматического ретикулума и т.д., что и инициирует развитие токсического процесса.
Для многих органических соединений, этапу их нефротоксического действия предшествует этап их биоактивации проходящий при участии энзиматических, метаболизирующих систем. В механизме нефротоксического действия многих ксенобиотиков (цефалоридин, пуромицин, аминонуклеозид, паракват, четырёххлористый углерод) важную роль играет их способность инициировать процесс образования в клетках свободных радикалов.
