Муколитики химически разрушают молекулы гликопротеидов (мукополисахаридов) мокроты, вызывая их деполимеризацию. Они подразделяются на ферментные и неферментные лекарственные средства.

Протеолитические ферменты разрушают пептидные связи в молекуле белка, а также расщепляют высокомолекулярные продукты распада белков (полипептиды) или нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК). Они назначаются ингаляционно или внутримышечно при тяжелых трахеобронхитах, бронхоэктазии, ателектазах, муковисцидозе. К ним относятся трипсин, химотрипсин, рибонуклеаза, дезоксирибонуклеаза, террилитин и терридеказа.
Неферментные муколитики разрывают дисульфидные связи между белковыми молекулами мокроты. К неферментным муколитикам относятся ацетилцистеин, карбоцистеин, месна, бромгексин и амброксол.

Ацетилцистеин, являясь производным L-цистеина, содержащего в своей молекуле реактивные сульфгидрильные труппы, оказывает прямое муколитическоее действие: свободные SH-группы лекарственного средства разрушают дисульфидные связи кислых мукополисахаридов бронхиальной слизи. В результате происходит деполимеризация макромолекул мукопротеидов, бронхиальная слизь становится менее вязкой и адгезивной.
Ацетилцистеин уменьшает способность микроорганизмов колонизироваться на поверхности слизистой дыхательных путей, проявляя спарринг-эффект с антибиотиками. Ацетилцистеин одновременно является мощным антиоксидантом, оказывающим как прямое, так и непрямое действие. Прямое антиоксидантное действие обусловлено наличием свободной сульфгидрильной группы, взаимодействующей с электрофильными группами свободных радикалов и реактивных кислородных метаболитов, ответственных за развитие острого и хронического воспаления легочной ткани и дыхательных путей. Одним из результатов прямого антиоксидантного действия ацетилцистеина является защита α1-антипротеина. Являясь предшественником глутатиона, принимающего участие в процессах детоксикации организма, защиты слизистых дыхательных путей от внешних и внутренних повреждающих воздействий, препарат оказывает и непрямое антиоксидантное действие.

Карбоцистеин обладает одновременно мукорегулирующим и муколитическим эффектами. Механизм его действия связан с активацией сиаловой трансферазы, фермента бокаловидных клеток слизистой оболочки бронхов. Карбоцистеин нормализует количественное соотношение кислых и нейтральных сиаломуцинов бронхиального секрета (уменьшает количество нейтральных гликопептидов и увеличивает количество гидроксисиалогликопептидов), что нормализует вязкость и эластичность слизи. Под воздействием ЛС происходит регенерация слизистой оболочки, восстановление ее структуры, уменьшение (до нормы) количества бокаловидных клеток, особенно в терминальных бронхах, а значит, и снижение количества вырабатываемой ими слизи. Помимо этого, восстанавливается секреция иммунологически активного IgA (фактора специфической защиты) и число сульфгидрильных групп (фактора неспецифической защиты), улучшается мукоцилиарный клиренс (потенцируется деятельность ресничек эпителия бронхов). Таким образом, это лекарственное средство демонстрирует двойное действие — как муколитик, уменьшая патологическую вязкость, тягучесть слизи, облегчая ее экспекторацию, и как мукорегулятор, улучшая регенерацию слизистой оболочки дыхательных путей. При этом действие карбоцистеина распространяется на все поврежденные отделы дыхательных путей — заметно ускоряются репаративные процессы в слизистой оболочке бронхов, трахеи, глотки, носовых ходов и околоносовых пазух, полости среднего и внутреннего уха.

Бромгексин и амброксол обладают сходными эффектами, но амброксол является активным метаболитом бромгексина и превосходит его по силе действия. Бромгексин и амброксол активируют гидролизирующие ферменты и высвобождение лизосом из клеток Клара, вызывают деполимеризацию и разрушение кислых мукопротеинов и мукополисахаридов мокроты, уменьшая ее вязкость (муколитическое действие); усиливая функцию бронхиальных желез и изменяя химический состав их секрета, нормализуют соотношение серозного и слизистого компонентов мокроты за счет стимуляции серозных клеток бронхиальных желез и увеличения синтеза нейтральных мукополисахаридов, разжижая мокроту (мукокинетическое действие); раздражая рецепторы желудка и рефлекторно стимулируя нейроны рвотного и дыхательного центров, усиливают двигательную активность ресничек мерцательного эпителия бронхов и перистальтику бронхиол (отхаркивающее действие); обволакивают слизистую оболочку бронхов, угнетают высвобождение гистамина из лейкоцитов и тучных клеток, продукцию лейкотриенов, цитокинов и свободных кислородных радикалов, оказывая местный противовоспалительный эффект и уменьшая отек (противовоспалительное действие). Кроме того, эти лекарственные средства оказывают некоторое противокашлевое действие, увеличивают синтез сурфактанта в альвеолярных пневмоцитах и уменьшают его распад (антиателектатическое действие), повышают образование секреторного (иммуномодулирующее действие).