二盐酸奎宁为喹啉类衍生物，呈白色粉末状，无臭味，味道极苦，极易溶于水，溶于乙醇，微溶于氯仿，难溶于*，遇到光会逐渐变色，其水溶液呈酸性。

二盐酸奎宁能与疟原虫的DNA相结合并形成复合物，可抑制RNA的转录和DNA的复制，从而抑制蛋白在原虫中的合成，作用较氯喹为弱。奎宁还能降低疟原虫氧耗量，抑制疟原虫内的磷酸化酶而干扰其糖代谢。

除此之外，奎宁也能引起疟的色素凝集，但发展缓慢，很少形成大团块，并常伴随着细胞死亡。电子显微镜观察，可见原虫的核和外膜肿胀，并有小空泡，血细胞颗粒在小空泡内聚合，此与氯喹的色素凝集有所不同。在血液中，一定浓度的奎宁可导致被寄生红细胞早熟破裂，从而阻止裂殖体成熟。