Il metoesital è altamente liposolubile e, per la gran parte in forma non ionizzata, si distribuisce rapidamente nell'organismo. In seguito a somministrazione endovenosa attraversa velocemente la barriera ematoencefalica con induzione rapida di anestesia. Il farmaco continua ad accumularsi a livello cerebrale per un periodo di 30-60 secondi. Successivamente è soggetto a una ridistribuzione negli altri tessuti corporei, ed in particolare nei tessuti adiposi, anche se in misura minore rispetto al tiopental.