I livelli cerebrali di farmaco si riducono rapidamente. Circa il 73% di metoesital si lega alle proteine plasmatiche, principalmente all'albumina. Il volume di distribuzione è di 1 l/kg. Il metoesital è ampiamente metabolizzato nel fegato e i metaboliti sono eliminati nelle urine. La principale via metabolica prevede l'ossidazione della catena laterale pentinilica con formazione di 4'-idrossimetoesital, che possiede attività ipnotica. Meno dell'1% del farmaco somministrato per via endovenosa si ritrova immodificato nelle urine nelle 24 ore.