Azathioprin er et cytostatikum, som er klassificeret som en antimetabolit. Visse cytostatika bruges som immunosuppressiva, og azathioprin tilhører denne gruppe sammen med cyclophosphamid og methotrexat. Azathioprin har været anvendt siden de første nyretransplantationer for mere end 50 år siden. Azathioprin er ikke længere førstevalg ved nyre-, hjerte- og levertransplantationer. Azathioprin er blevet erstattet af mycophenolat, som er associeret med en lavere akut afstødningsfrekvens. 

Azathioprin kan gives i kombination med en calcineurinhæmmer og prednisolon. 

Azathioprin kan bruges i stedet for mycophenolat hos dem, der ikke tåler mycophenolat pga. gastrointestinale bivirkninger. 

Azathioprin er den foretrukne antimetabolit for alle organtransplanterede, der er eller ønsker at blive gravide. 

Azathioprin doseres som 2-3 mg/kg/dag, og det fører ofte til dosisafhængig reversibel suppression af knoglemarvsfunktionen, oftest i form af leukopeni, men undertiden også i form af anæmi og trombocytopeni. Det kan tage flere dage til uger, før der er normale forhold for knoglemarven trods dosisreduktion eller pause med azathioprin. Disse bivirkninger ses særligt hos patienter med thiopurinmethyltransferase (TPMT)-mangel. 

Kvalme er en relativt hyppig bivirkning ved azathioprin, sjældnere ses pancreatitis og toksisk leverpåvirkning. 

Azathioprins påvirkning af DNA-syntese fører ikke sjældent til hudpapillomatose. 

En væsentlig interaktion for azathioprin er med allopurinol, som hæmmer enzymet xantinoxidase, der metaboliserer 6-mercaptopurin til 6-tiourinsyre. Azathioprindosis skal derfor reduceres ved samtidig anvendelse af allopurinol. 

Præparater for inflammatorisk tarmsygdom, så som mesalazin, hæmmer thiopurinmethyltransferase (TPMT), og skal bruges med forsigtighed i kombination med azathioprin. 

Medikamenter, som er knoglemarvssupprimerende, skal kun gives sammen med azathioprin under nøje overvågning af knoglemarvsfunktionen. 

Azathioprin nedsætter virkningen af warfarin. 

Azathioprin tilhører gruppen af antimetabolitter, som blokerer indbygning af puriner eller pyrimidiner i DNA og RNA. En antimetaboliteffekt rammer celler i aktiv cellecyklus. Azathioprin er et prodrug, som ved absorption omdannes til den aktive metabolit 6-mercaptopurin. De aktive metabolitter af 6-mercaptopurin hæmmer kompetitivt de novo nukleotidsyntese. Det er især prolifererende T- og B-lymfocytter, som påvirkes, da disse celler ikke har en salvage pathway ("recycling") i nukleotidsyntesen. Derved forklares den immunsupprimerende virkning. 

Azathioprin har en variabel absorption fra mave-tarm-kanalen. Der er en biotilgængelighed på 16-72 % for azathioprin. Omtrent 90 % af det absorberede azathioprin omdannes hurtigt i leveren til bl.a. 6-mercaptopurin. De resterende 10 % af azathioprin omdannes til hypoxanthin. 6-mercaptopurin’s molekylevægt er 55 % af azathioprins. 6-mercaptopurin har en halveringstid på ca. 2 timer. 6-mercaptopurin bliver intracellulært omdannet til et antal purintioanaloger, heriblandt tioinosinmonofosfat, som er den mest farmakologisk aktive metabolit. Metabolitterne udskilles i urinen. 

Thiopurinmethyltransferase (TPMT) indgår i omdannelsen af azathioprins metabolitter, og TPMT kontrolleres delvist af en genetisk polymorfi, således at ca. 0,3 % af befolkningen har manglende TPMT-aktivitet, 11 % har intermediær aktivitet, og resten har høj aktivitet. Det menes, at patienter med lav TPMT-aktivitet er i høj risiko for toksicitet med knoglemarvshæmning, mens patienter med høj enzymaktivitet kræver større dosis af azathioprin for at opnå tilstrækkelig immunsuppression. TPMT måles rutinemæssigt hos børn og voksne med akut lymfatisk leukæmi, som er i behandling med 6-mercaptopurin.