肝脏是药物代谢的主要部位。虽然代谢一般使药物失去了活性，但有些药物代谢物仍有药理学活性――甚至有时比母体化合物的活性更强。具有活性代谢物的无活性或活性弱的物质，尤其是被设计来更有效地递送活性部分的物质称为前体药物。
药物可通过氧化、还原、水解、羟化、结合、缩合或是异构化等过程代谢，不论哪种过程，目的是使药物更易排泄。许多组织中都有代谢酶，而肝脏更为集中。药物代谢的速率因患者而异。有些患者代谢药物的速度很快，以至于血液和组织的药物浓度不能达到治疗效应，而有的代谢很慢，使用一般的剂量也可能中毒。个体的药物代谢率受遗传因素、并存疾患（特别是慢性肝病和晚期心脏衰竭）以及药物相互作用（尤其是那些涉及诱导或抑制代谢的）的影响。
许多药物的代谢有2相。Ⅰ相的反应包括形成新的或是经修饰的功能基团，或是裂解（氧化、还原、水解），属非合成反应。Ⅱ相的反应包括与内源性物质（如：葡糖醛酸、硫酸盐、甘氨酸）的结合，称为合成反应。合成的代谢物极性更大，比非合成反应形成的代谢物通过肾脏（以尿）和肝脏（以胆汁）排泄的速度更快。有些药物只经历Ⅰ相或只经历Ⅱ相的反应，因此，所谓Ⅰ、Ⅱ，仅反映功能，并非强调前后的顺序。
速率
几乎所有药物的任一途径的代谢速率都有其上限（能力限度）。然而，大多数达到治疗浓度的药物通常只占据代谢酶位点的一小部分，代谢的速率随药物的浓度而加快。此时，就称为一级消除（或动力学），药物代谢的速率是体内剩余药物的常数分数（即药物都有特异的半衰期）。
例如：开始时体内有500mg药物，在代谢后1小时可能就是250mg，2小时是125mg（即半衰期为1小时）。然而，如果大多数酶的位点都被占据，代谢即以其最大的速率进行，不再随药物的浓度成比例地改变，而是以每单位时间固定的药物的量的速率代谢（零级动力学）。此时，如开始时体内有500mg药物，在代谢后1小时可能是450mg，2小时是400mg（即最大清除率50mg/h，无具体的半衰期）。随着药物浓度的升高，代谢从一级动力学向零级动力学转换。
细胞色素P-450
I 相代谢最重要的酶系是细胞色素P-450（CYP450），这是一个催化许多药物氧化的同工酶的微粒体超级家族。NADPH-CYP450还原酶提供电子，黄素蛋白将电子从NADPH（还原型的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸盐）转运到CYP450。
许多药物与物质能诱导或抑制CYP450酶系，这就是许多药物相互作用时，一个药物增加了其毒性或是降低了另一药物的治疗作用的原因。
随着年龄的增长，由于肝脏体积缩小和肝血流量下降，肝脏通过CYP450酶系代谢的能力可降低≥30%。于是，通过这一体系代谢的药物在老年人的体内浓度会更高，半衰期也延长。新生儿由于肝脏微粒体酶系尚未发育完全，对许多药物的代谢也会有困难。
结合反应
葡醛酸结合反应是Ⅱ相最常见的反应，也是唯一发生于肝微粒体酶系的反应。葡醛酸自胆汁中分泌，从尿中消除。因此，结合反应使大多数药物更易溶解，易于通过肾脏排泄。氨基酸与谷氨酰胺或甘氨酸的结合反应产生的结合物易于从尿中排泌但不能从胆汁中广泛分泌。年龄不影响葡萄糖醛酸化反应。然而，在新生儿中，转化为葡萄糖醛酸缓慢，可能导致严重的反应（例如，与氯霉素）。
结合反应也可通过乙酰化或硫酸化的形式发生。硫酸酯是极性的，易于从尿中排泄。年龄对这些过程没有影响。