Les mécanismes d'action de la nSNV dans l'épilepsie impliquent plusieurs voies biologiques. Neuronalement, la stimulation vagale peut réduire l'excitabilité neuronale et synchroniser l'activité cérébrale, ce qui contribue à la réduction des crises (étude médicale : Bodin, et al., 2015). Immunologiquement, la SNV peut moduler la libération de cytokines pro-inflammatoires, réduisant ainsi l'inflammation cérébrale associée aux crises (étude médicale : Majoie, et al., 2011). Métaboliquement, elle peut influencer le métabolisme des neurotransmetteurs, améliorant ainsi la stabilité neuronale (étude médicale : Ben-Menachem, et al., 1995).