Les psychomimétiques ont la faculté de déclencher des modifications psychiques analogues à celles qui peuvent se manifester au cours d'une psychose : visions, illusions et hallucinations. Cette expérience peut donc posséder un caractère fantastique, la transformation émotionnelle et du raisonnement provoquée par ce phénomène paraît folle pour celui qui est à l'extérieur.
Une action psychomimétique peut être illustrée par l'exemple des portraits exécutés par un peintre sous l'influence de l'acide lysergique diéthylamide (LSD). Il raconte que sous l'effet de la griserie du LSD, arrivant par vagues, le visage du modèle devient de plus en plus grimaçant, phosphorescent dans des coloris bleu violet et s'agrandit ou se rétrécit comme à travers l'objectif d'un zoom. Les changements confus de proportions entraînent donc une succession de mouvements bizarres. La caricature diabolique apparaît menaçante.
Les illusions se font également sentir dans le domaine de l'audition et de l'odorat : les sons sont vécus comme des poutres suspendues et les impressions optiques comme des odeurs (par ex. d'ozone). Sous l'emprise du LSD, l'individu se voit par moment de l'extérieur et analyse son état. En outre, les frontières entre son être et l'environnement s'effacent. Un sentiment exaltant de fusion avec les autres et le cosmos s'installe. La notion de durée n'existe plus, il n'y a plus ni avant ni après. Des objets sont vus qui n'existent pas. Des expériences sont faites qui ne sont pas explicables. C'est pourquoi on parlera d'un effet de dilatation de la conscience à propos du LSD (révélations psychédéliques).
Le contenu de ces hallucinations peut de temps à autre être extrêmement menaçant ("bad trip"), l'individu se voit éventuellement poussé à une action violente ou au suicide.
Après la « griserie » du LSD, survient une phase de grande fatigue avec un sentiment de honte et de vide humiliant.
Le mécanisme de l'action psychomimétique est inconnu. Comme une partie des substances hallucinogènes telles le LSD, la psilocine et la psilocyhine (tirées d'un champignon mexicain, le psilocybe) la bufoténine (tirée entre autres des sécrétions de la peau d'un crapaud), la mescaline (extraite d'un cactus mexicain, Arihalonium lewinii, peyotl) présente des analogies structurales avec la sérotonine et l'adrénaline, on peut supposer l'existence d'une interférence avec ces aminés biogènes dans le SNC. La structure d'autres molécules comme le tétrahydro-cannahinol (dérivées du cannabis indica, le chanvre, haschich, marihuana), le muscimul (extrait d'un champignon amanite muscaria) ou ïaphencyclidine, synthétisée comme anesthésique injectable ne montre pas ces caractères communs. Des hallucinations peuvent être associées, comme effet secondaire, à la prise d'autres substances, par ex. la scopolamine (au Moyen Age dans « le peuplier des sorcières ») ou d'autres parasympatholytiques d'action centrale. Des substances hallucinogènes naturelles ont été utilisées dans certaines religions par des prêtres (chamans) pour parvenir à un état de transes. Le LSD a été consommé assez fréquemment dans les années 60, en particulier par des artistes : art psychédélique qui consiste à représenter d'une façon qui ne peut pas être appréhendée par la raison, des rêves ou des signes hallucinatoires.
Comme il n'est pas possible d'exclure le développement d'une dépendance ou d'altérations psychiques durables après la prise d'un psychomimétique, leur production et leur commerce sont interdits (stupéfiants non en circulation).