Zakres działania Amoksycylina jest antybiotykiem o szerokim spektrum działania. Działa zarówno na bakterie Gram-dodatnie, jak i Gram-ujemne (Salmonella, Shigella, E. coli, Haemophilus influenzae, Bordetella pertussis, Proteus mirabilis). Szczepy bakterii Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter aerogenes, Serratia oraz indolododatnie szczepy Proteus są niewrażliwe na działanie tego antybiotyku. Aktywność wobec drobnoustrojów G(+) jest słabsza w porównaniu z penicyliną, jednak działa od niej 10-krotnie silniej na bakterie G(−). Wadą amoksycyliny jest podatność na rozkładanie przez penicylinazy, a w związku z tym znikoma skuteczność w zakażeniach wywołanych bakteriami wytwarzającymi ten enzym. Połączenie z kwasem klawulanowym w jednym preparacie pozwoliło na rozszerzenie zakresu działania amoksycyliny na wiele bakterii wytwarzających β-laktamazy. Antybiotyk ten wchodzi również w skład niektórych wielolekowych schematów eradykacji bakterii H. pylori w chorobie wrzodowej żołądka.