К классу НИОТ относился самый первый антиретровирусный препарат, одобренный для лечения ВИЧ-инфекции. Механизм действия этого класса препаратов основан на конкурентном подавлении обратной транскриптазы – фермента ВИЧ, который обеспечивает создание ДНК, на основе РНК вируса. Большинство этих препаратов являются аналогами нуклеозидов, отличаясь от них лишь небольшим изменением в молекуле рибозы. Встраивание их в синтезирующуюся цепь ДНК приводит к прекращению её синтеза из-за неспособности этого соединения образовывать фосфодиэфирную связь.

Зидовудин и ставудин представляют собой аналоги тимидина, эмтрицитабин и ламивудин – аналоги цитидина, диданозин – аналог инозина, абакавир – аналог гуанозина. Тенофовир и фосфазид представляют собой аналоги нуклеотидов. Нецелесообразно комбинировать препараты, являющиеся аналогами одного и того же нуклеозида, т.к. они конкурируют за один и тот же участок связывания.

В целом НИОТ хорошо переносятся, однако способны вызывать отдаленные побочные эффекты (угнетение костного мозга, лактацидоз, полинейропатию, панкреатит, липоатрофию). Эти эффекты НИОТ обусловлены токсическим действием на митохондрии. Встраивание «дефектных» нуклеозидов нарушает метаболизм митохондрий и они разрушаются. НИОТ существенно отличаются друг от друга по выраженности токсического действия на митохондрии. Например, абакавир и ламивудин менее токсичны, чем ставудин или диданозин, а зальцитабин по этой причине вовсе исчез из арсенала антиретровирусных средств.
НИОТ большей частью выводятся почками, поэтому в лекарственные взаимодействия вступают относительно редко.