La velocità di escrezione del fenobarbital immodificato è aumentata dalla alcalinizzazione delle urine e/o dall'incremento del flusso urinario. Nelle urine, sia pure in quantità più ridotte, è possibile ritrovare anche p-idrossifenobarbital, acido 5-etil-5-(4-idrossi-3-metossifenil) barbiturico e acido 5-etil-5-(4-idrossi-3-metossifenil)-1-metilbarbiturico.