口服吸收較慢，85～90%由小腸吸收，新生兒吸收甚差。靜脈注射吸收快速；肌注吸收不完全且不規則，一次量峰值僅為口服的1/3。口服片劑的生物利用度約為75%，吸收后分布于細胞內外液，細胞內可能多于細胞外。蛋白結合率很高，為88～92%,主要與白蛋白結合，在腦組織內蛋白結合可能還可略高。
口服藥4～12小時血藥濃度達峰值，有效血藥濃度為10～20μg/mL，每日口服300mg時約7～10時可達穩態濃度，血藥濃度超過20μg/mL易產生毒性反應，出現眼球震顫，超過30μg/mL出現共濟失調，超過40μg/mL往往出現嚴重毒性。半衰期苯妥英平均為22小時，但變異范圍很大（7～42小時）；長期服用苯妥英鈉的患者半衰期可因人、因濃度而異可為15～95小時不等，甚至更長。主要在肝內代謝，代謝物無藥理活性，其中主要為羥基苯妥英（約占50～70%），經腎排泄，堿性尿排泄較快。在應用一定劑量藥物后肝臟代謝能力達飽和，此時即使增加很小劑量就易造成血藥濃度不成比例地升高，出現毒性反應，為零級藥代動力學的典型藥物，所以在有效血藥濃度低值時，每次增加劑量以每日50mg為宜，當血藥濃度達到15μg/mL時，增加劑量以每日25mg為妥。增加劑量后應觀察2～3周以達到新的穩態血藥濃度，因為此時的半衰期變長，所以達到穩態濃度的時間也延長，且可避免假穩態現象。