يعتمد العلاج الضوئي الديناميكي (PDT) على آلية عمل فريدة تتضمن استخدام مواد حساسة للضوء وأطوال موجية معينة من الضوء لاستهداف وتدمير الخلايا السرطانية أو ما قبل السرطانية. تبدأ العملية بإعطاء المواد الحساسة للضوء إما عن طريق الفم أو الوريد أو موضعيًا، اعتمادًا على نوع وموقع الأنسجة المستهدفة. تُمتص هذه المواد بشكل انتقائي من قبل الخلايا السرطانية.

عند تفعيلها بواسطة ضوء بطول موجي معين، يُصدر عادةً من الليزر أو مصابيح الدايود الباعثة للضوء (LEDs)، تتفاعل المواد الحساسة للضوء مع جزيئات الأكسجين في المنطقة المجاورة، مما ينتج أنواعًا نشطة من الأكسجين. هذه الأنواع النشطة تسبب ضررًا أكسديًا لمكونات الخلايا، مما يؤدي إلى موت الخلايا المبرمج (apoptosis) للخلايا السرطانية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يعطل PDT الأوعية الدموية الخاصة بالورم، مما يعيق إمداد الدم للورم ويزيد من تدميره.

تضمن آلية PDT الدقيقة استهداف الأنسجة السرطانية فقط، مع الحفاظ على الخلايا السليمة المحيطة، مما يقلل من الآثار الجانبية ويحافظ على سلامة الأنسجة.