小劑量的硝酸甘油主要擴張靜脈系統，大劑量的硝酸甘油還可以擴張動脈系統。硝酸甘油對多種平滑肌都具有擴張作用，特別是對于靜脈血管平滑肌的作用更為顯著，對于小動脈和毛細血管前括約動脈的作用則比較弱。小劑量的硝酸甘油可以明顯擴張靜脈系統，減少回心血量，使左心室舒張末期的壓力下降，心室容積變小，降低心臟的前負荷，同時使射血時間縮短，心室壁的張力下降使心肌耗氧量下降。而大劑量的硝酸甘油還可以擴張動脈系統，降低外周血管阻力，減輕心臟射血阻抗以及后負荷，使左心室壓力下降和左室壁張力下降，也使心肌耗氧量減少。硝酸甘油還可以作用于冠狀動脈，使心外膜的動脈擴張，也可以使冠狀動脈的阻力血管、側枝血管和小動脈的擴張。