氯米芬通过影响下丘脑，使体内增加促性腺激素释放激素，导致促卵泡激素和促黄体生成激素分泌增加。要使氯米芬发挥效能，女性的雌性激素水平必须保持正常。如果卵巢能发挥正常功能，下丘脑和脑垂体就能分泌激素。如果不是在月经期，有必要诱发月经的来临。氯米芬对患有下丘脑/脑垂体功能失调的妇女特别有效。
氯米芬通常是50毫克的片剂，每天服用，每个周期连续服用5天。月经后第3天、第4天或第5天开始服用。适合这种治疗的患者中，大约有50%的妇女以每天50毫克的剂量服药后就能够排卵。对另外25%的妇女来说，每天剂量增加到100毫克，才会排卵。使用这种药物不能超过3～6个周期，第3个周期以后，氯米芬的疗效就开始降低。如果服用氯米芬6个周期后还没有怀孕的话，医师应该寻找其他可能导致不育的原因，共同讨论其他可供选择的药物治疗方法。
在大多数情形下，最后1次服用氯米芬后5～12天，排卵发生。为了增加怀孕的概率，月经第10天后，夫妇俩应经常性交(比如，每隔1天1次)，或使用排卵测试工具找出最佳的性交时间。验血或超声波可以用来确定排卵期。
假如单独采用氯米芬治疗仍不能引发排卵，可以把它同其他药物结合起来使用，以增强疗效。最常见的方法之一是，注射人绒毛膜促性腺激素。促性腺激素刺激性腺，即妇女的卵巢。当一名妇女自己的内分泌系统无法工作时，除服用氯米芬外，还可使用绝经妇女的促性腺激素促进卵泡发育。在一些情况下，用超声波检查卵泡的发育，当卵泡形状达到20多毫米时，进行注射。氯米芬也可以与葡萄糖类固醇药物，如结合使用泼尼松，对于那些肾上腺雄性激素脱氢表雄酮水平升高，且正常服用氯米芬仍无法排卵的妇女来说，服用该药可以提高排卵和怀孕的概率。对于那些无论对氯米芬还是促性腺激素治疗反应不强烈的妇女，两种药物的结合使用，有时可以有效地引发排卵。
氯米芬的作用主要是促发排卵。对不排卵引起的不孕，应用氯米芬可增加排卵的机会，从而达到受孕的目的。此外，对多囊卵巢综合征、无排卵型功能性子宫出血以及月经过频、排卵过早、黄体功能不全等病有一定的作用。但是，氯米芬直接刺激卵巢，如用量过大、使用时间过长，可使卵巢极度增大，甚至发生破裂，引起大出血，发生意外。“是药三分毒”，氯米芬自然也不例外。它对肝功能有轻度的损伤，有肝炎病史的患者应慎用，一旦出现肝功能异常，必须立即停药。由于氯米芬的主要作用是促进排卵，故非排卵障碍的不孕症，就没有必要使用或不能使用氯米芬。即使排卵障碍，用不用氯米芬也要由医师决定，不可自行其是。不孕症的因素是复杂的、多方面的，如果不作详细检查，不进行详细的化验，一旦不孕就不分青红皂白地服用氯米芬，是非常危险的。
临床治疗表明，服用氯米芬会产生不良反应。服用氯米芬怀孕后流产的比率是15%～25%，与不孕夫妇采用其他治疗方法所导致的流产率相似。先天性缺陷和有生育能力的夫妇的发生率没有不同。更常见的不良反应包括20%的妇女发热和15%的妇女卵巢增大。有小部分妇女会感觉腹部不适，通常由卵巢肿胀导致。其他不严重但却产生明显不适感的不良反应表现为极端情绪波动、乳房胀痛、头痛、精神紧张、眩晕、恶心、呕吐和疲劳。服药的妇女感到视觉有干扰，如视觉模糊或有盲点时，应停止服用氯米芬并与医师联系。
除此之外，采用氯米芬治疗使生多胞胎的概率提高。服用氯米芬的妇女中大约8%产双胞胎，不到1%产3胞胎。由于氯米芬被广泛用于临床治疗，3胞胎出生的数量很是可观。
