Obwohl Meskalin chemisch kaum mit LSD verwandt ist, ruft es fast exakt die gleiche Wirkung hervor, so dass in Blindversuchen LSD und Meskalin meist nicht unterschieden werden können. Im Unterschied zum synthetischen LSD muss es allerdings etwa 2000mal so stark dosiert werden, um den selben Effekt auszulösen (200-400mg). Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist, dass die Wirkung etwas langsamer kommt (nach 45 – 120 Minuten) und länger anhält (10-12 Sunden), was darauf zurückzuführen sein könnte, dass erst ein Metabolit des Meskalin für die halluzinogene Wirkung verantwortlich ist. Oft wird der Eintritt der Wirkung auch von Übelkeit begleitet.

Während die Wirkung selbst fast gleich erlebt wird, gibt es neben der chemischen Struktur noch ein zweites fundamentales Unterscheidungsmerkmal zwischen Meskalin und LSD. Während LSD auf neurochemischer Ebene in den Serotoninhaushalt eingreift, wirkt Meskalin auf den Botenstoff Noradrenalin ein. Dass beide Drogen fast gleich Wirken verwundert noch mehr, wenn man bedenkt, dass Psilocin, das chemische relativ nahe mit LSD verwandt ist (beide Stoffe sind Tryptamine) und durch denselben Wirkmechanismus sein halluzinoge Wirkung auslöst, zwar auch halluzinogen, aber nicht so tiefgreifend, wirkt.

Es bis heute nicht eindeutig geklärt, warum Meskalin und LSD überhaupt wirken, genauso wenig wie man erklären kann, wieso bei völlig verschiedener neurochemischer Wirkung und fehlender chemischer Verwandtheit einander so ähnliche Rauschzustände hervorgerufen werden.