Le benzoate de sodium est plus efficace dans des conditions acides (pH inférieur à 4,5). Dans un environnement acide, il se transforme en sa forme active, l'acide benzoïque. L'acide benzoïque peut pénétrer dans les cellules microbiennes. Dans l’environnement neutre à l’intérieur des cellules, il ionise et acidifie l’intérieur, perturbant l’absorption des nutriments et la fonction enzymatique, empêchant ainsi la croissance microbienne.
