本品在體先轉化為5α二氫睪酮（5α-dihyrotesterone）,以后再與細胞受體結合，進入細胞核，與染色質作用，激活RNA多聚酶，促進蛋白質合成和細胞代謝。此外，丙酸睪酮可通過紅細胞生成素刺激紅細胞的生成和分化。本品口服雖可吸收，但肝中會迅速破壞而失效，故一般采用肌內注射。肌內注射丙酸睪酮后，吸收較慢，其延效時間2-4天。在血中，98%的睪酮與性激素球蛋白結合，僅2%為游離狀。半衰期為10-20分鐘。睪酮在肝內滅活后，代謝產物為雄酮異雄酮及原膽烷醇酮。它們90%是與葡萄醛酸及硫酸結合的形式從尿中排出。約6%非結合形式的產物是由膽汁排出，其中少部分仍可再吸收，形成腸肝循環。