Il farmaco viene metabolizzato a seguito di una N-demetilazione a 5-etil-5-metil-2,4-ossazolidindione (DMP) nel fegato. Secondo molti autori l'azione anticonvulsivante del parametadione sarebbe dovuta a questo metabolita. Sebbene non vi siano dati precisi, l'emivita del DMP è piuttosto lunga. Dopo somministrazione cronica di parametadione nel giro di 2 settimane si raggiungono le concentrazioni seriche di DMP allo steady state. Il DMP può essere ulteriormente metabolizzato e gli acidi risultanti possono essere decarbossilati a diversi metaboliti inattivi e ad anidride carbonica. Il DMP e i suoi metaboliti sono lentamente escreti nelle urine. In corso di terapia con parametadione soltanto una piccolissima quantità viene ad essere escreta nelle urine in forma immutata. L'alcalinizzazione delle urine dovrebbe favorirne l'escrezione renale in quanto il pKa del DMP è 5,9.