La marbofloxacine appartient à la classe des fongicides et son activité bactéricide dépend de la concentration. Les bactéries sensibles peuvent mourir dans les 20 à 30 jours suivant l’exposition. Comme d'autres médicaments à base de fluoroquinolone, la marbofloxacine a montré des effets post-antibiotiques significatifs sur les bactéries à Gram négatif et positif, avec une activité pendant les phases stationnaires et de croissance de la réplication bactérienne. Son mécanisme d'action n'est pas entièrement compris, mais on pense qu'il peut fonctionner en inhibant l'ADN cyclooxygénase bactérienne (topoisomérase de type II), empêchant ainsi la formation de super-hélices d'ADN et la synthèse de l'ADN.
La marbofloxacine et d’autres médicaments vétérinaires à base de fluoroquinolone commercialisés ont des profils d’activité antibactérienne similaires. Ces médicaments ont une bonne activité contre la plupart des bactéries et coques à Gram négatif, y compris la plupart des espèces et souches de Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli, Enterococcus, Campylobacter, Shigella, Salmonella, Aeromonas, Haemophilus, Proteus, Yersinia, Vibrio, etc. les bactéries sensibles comprennent Brucella, Chlamydia trachomatis, Staphylococcus (y compris les bactéries productrices de pénicillinase et résistantes à la méthicilline), Chlamydia et Mycobacterium. Les médicaments à base de fluoroquinolone ont une activité variable contre la plupart des espèces de Streptococcus et ne sont généralement pas recommandés pour le traitement de cette infection bactérienne. Ces médicaments ont une faible activité contre la plupart des bactéries anaérobies et ne peuvent pas traiter efficacement les infections bactériennes anaérobies. En raison de mutations, des souches résistantes aux médicaments sont apparues, en particulier Pseudomonas, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter et Enterococcus, mais on pense généralement que la résistance à médiation plasmidique se produit rarement.