Il tamoxifene subisce metabolismo di fase I nel fegato per opera della famiglia dei citocromi P450. I metaboliti che si formano derivano dalla sua idrossilazione, demetilazione e coniugazione e come tali essi agiscono similmente al farmaco immodificato contribuendo all’effetto terapeutico. Le isoforme dei citocromi che intervengono nel metabolismo del tamoxifene sono CYP3A4, CYP2C19 e CYP2D6. I metaboliti che si formano sono N-demetiltamoxifene, che si forma per N-demetilazione del tamoxifene per opera del CYP3A4, e il 4-idrossitamoxifene o afimoxifene, che si forma per idrossilazione in posizione 4 del tamoxifene per opera del CYP2D6. L’N-demetiltamoxifene è un metabolita attivo con minor affinità per il recettore degli estrogeni (ER) rispetto al tamoxifene; esso può essere ulteriormente metabolizzato per idrossilazione per opera del CYP2D6 formando un altro metabolita attivo detto endoxifene (N-demetil-4-idrossitamoxifene). Afimoxifene e endoxifene sono metaboliti attivi con un’affinità da 30 a 100 volte maggiore per il recettore degli estrogeni (ER) rispetto al tamoxifene stesso. Il tamoxifene ha solamente il 6% e il 7% dell’affinità dell’estradiolo rispettivamente per i recettori ERα e ERβ mentre l’endoxifene ha il 178% e il 338% dell’affinità dell’estradiolo per ERα ed ERβ.