Il palonosetron assunto per via orale viene assorbito bene dall'intestino e ha una biodisponibilità del 97%. I livelli plasmatici più elevati vengono raggiunti dopo 5,1 ± 1,7 ore, indipendentemente dall'assunzione di cibo, e il legame con le proteine plasmatiche è del 62%. Il 40% della sostanza viene eliminato nella forma immodificata e un ulteriore 45-50% viene metabolizzato dall'enzima epatico CYP2D6 e in misura minore da CYP3A4 e CYP1A2. I due principali metaboliti, l'N-ossido e un derivato idrossilico, hanno meno dell'1% dell'effetto antagonista del palonosetron e sono quindi praticamente inattivi.