Nell'organismo, l'atomoxetina è metabolizzata ad opera del sistema enzimatico del citocromo P450, isoenzima CYP2D6. Circa il 7% della popolazione caucasica ha una ridotta attività di metabolizzazione, e le concentrazioni plasmatiche del farmaco risultano pertanto più alte. Il principale prodotto del metabolismo ossidativo è la 4-idrossiatomoxetina (equipotente all'atomoxetina) che viene rapidamente glucuronidata.