注射用苯妥英鈉肌注吸收不完全且不規則，一次量峰值僅為口服的1/3。分布于細胞內外液，細胞內可能多于細胞外，表觀分布容積為0.6L/kg。血漿蛋白結合率為88～92%，主要與白蛋白結合，在腦組織內蛋白結合可能還高。主要在肝臟代謝，代謝物無藥理活性，其中主要為羥基苯妥英(約占50～70%)，此代謝存在遺傳多態性和人種差異。存在腸肝循環，主要經腎排泄，堿性尿排泄較快。t1/2β為7～42小時，長期服用苯妥英鈉的患者，t1/2β可為15～95小時，甚至更長。
應用注射用苯妥英鈉一定劑量藥物后肝代謝(羥化)能力達飽和，此時即使增加很小劑量，血藥濃度非線性急劇增加，有中毒危險，要監測血藥濃度。有效血藥濃度為10～20mg/L，每日口服300mg，7～10日可達穩態濃度。血藥濃度超過20mg/L時易產生毒性反應，出現眼球震顫；超過30mg/L時，出現共濟失調；超過40mg/L時往往出現嚴重毒性作用。能通過胎盤，能分泌入乳汁。