L'NNK può essere attivato attraverso due differenti meccanismi, uno ossidativo e uno riduttivo. Nel metabolismo ossidativo, l'NNK viene sottoposto a un'α-idrossilazione catalizzata dal citocromo P450 e tale reazione può essere avvenire in due modi, o attraverso una α-metilidrossilazione o attraverso una α-metileneidrossilazione. In entrambi i casi si ottiene l'isoforma carcinogena metabolizzata di NNK, ossia il 4-(metilnitrosamino)-1-(3-piridil)-1-butanolo (NNAL).