有益微生物制剂的作用机理是多方面的综合效应，主要是通过下述途径在动物体内发挥作用：
调控肠道微生物平衡，形成优势菌群正常动物肠道大概有400种微生物，肠道细菌与宿主保持着动态平衡。微生物种群中的优势种群对整个种群起决定作用。但在现代集约规模化饲养过程中，换料、转群、免疫等应激因子刺激，使原来优势种群发生变化，菌群失去平衡，从而引起消化机能紊乱，抑制生长发育，严重的可致病。有益微生物制剂的中的有益微生物，为与其他菌种竞争而释放抑菌物质，而这些物质能够抑制或杀死周围其他异种有害菌群。
刺激机体免疫系统，提高机体免疫力有益微生物制剂中的有益菌群是良好的免疫激活剂，通过产生抗体和提高噬菌活性等作用刺激免疫系统，有效地提高巨噬细胞的活性，激发机体体液免疫和细胞免疫，导致机体免疫力和抗病能力的增强。直接饲喂活的微生物可刺激动物肠道免疫器官发育，提高动物抗体水平或提高巨噬细胞活性。
提供营养素，改善机体代谢有益微生物制剂的有益菌群在消化道内繁衍，能促进消化道内多种氨基酸、维生素等一系列营养成分的有效合成和吸收利用，补充机体营养成分，促进机体生长。饲喂有益微生物制剂，动物肠道内的乳酸菌和链球菌含量增多，它们就会产生更多的有机酸，使肠道内ph值下降，可以抑制包括很多革兰氏阳性菌在内的病原菌繁殖。同时，也可产生溶菌素、过氧化氢等，也可抑制几种潜在的病原微生物。而且有益微生物可在体内产生多种消化酶，从而提高饲料消化率，如芽孢杆菌具有很强的蛋白酶、脂肪酶及淀酚酶活性，且还能降解某些饲料中较复杂的碳水化合物。
净化肠道环境。肠道内的腐败菌、大肠杆菌等会产生一些有害物质，如氨、生物胺、吲哚和酚等，这些物质具有潜在抑制生长和致病作用。但添加有益微生物制剂后，抑制生成这些物质的酶活性，控制生成有害产物的量。
水质改良光合细菌通过光合作用，吸收和消耗水中有机物，达到降解硫化氢和氨氮的目的。芽孢杆菌能利用氨氮、亚硝酸盐氮，降低水体中对养殖动物有害的物质。硝化细菌和反硝化细菌，将水体中有毒的亚硝酸盐转化为无毒的硝酸盐，反硝化细菌还利用池底中的有机物为碳源，将池底和水体中的有机物转化为无毒的氮气挥发于大气中，由于底层污泥中有机物和硝酸盐的迅速减少，可有效预防因气候突变引进水质剧变对鱼虾的影响。可达到充分维持水环境的生态平衡，促进水产动物健康生长的功效。