Dopo somministrazione per via orale dosulepina è ben assorbita dal tratto gastroenterico. Viene demetilata durante il primo passaggio attraverso la ghiandola epatica con formazione del metabolita attivo principale, la desmetildosulepina (che prende anche il nome di nortiaden). Subisce inoltre una S-ossidazione. Circa 3 ore dopo somministrazione orale di 75 mg di farmaco si ottiene un picco di concentrazioni plasmatiche di 0,03-0,07 µg/ml. Una volta raggiunte le concentrazioni terapeutiche l'80-90% di dosulepina risulta legata alle proteine plasmatiche. L'eliminazione della dosulepina dall'organismo avviene principalmente attraverso l'emuntotio renale principalmente in forma di metaboliti. Una quantità miinore viene eliminata tramite le feci. Il farmaco viene secreto nel latte materno. L'emivita risulta compresa tra 11 e 40 ore per la dosulepina, tra 22 e 60 ore per la monodesmetildosulepina e tra 13 e 35 ore per la dosulepina sulfossido.