PKA激活后，释放的催化亚基可以催化ATP末端磷酸基团转移到蛋白底物的丝氨酸或苏氨酸残基上。这种磷酸化通常导致底物活性的变化。由于PKA存在于多种细胞中，作用于不同的底物，PKA调节和cAMP调节涉及许多不同的通路。
进一步作用的机制可分为直接蛋白质磷酸化和蛋白质合成：
在蛋白质直接磷酸化过程中，PKA直接增加或降低蛋白质的活性。
在蛋白质合成中，PKA首先直接激活CREB，CREB结合cAMP反应元件，从而改变转录，改变蛋白质的合成。一般来说，这种机制需要更长的时间（几小时到几天）。
