O termo distribuição se refere à transferência reversível do fármaco de um local a outro dentro do organismo. Informações precisas da distribuição de um fármaco requer seu doseamento a nível dos diferentes tecidos. Depois de absorvido ou injetado na corrente sanguínea o fármaco pode distribuir-se para os líquidos intersticial e celular. Os padrões de distribuição de um fármaco, refletem alguns fatores fisiológicos, como fluxo sanguíneo tecidual e características da membrana de transporte, bem como de suas propriedades físico-químicas.
Quando as características do fármaco propiciam sua fácil passagem através da membrana endotelial, a velocidade de distribuição depende da taxa de perfusão. Assim os fármacos se distribuem mais rapidamente em tecidos altamente perfundidos, como o pulmão; o contrário ocorre nos de baixa perfusão, como o músculo em repouso.
Se características do fármaco, como polaridade e grande peso molecular, dificultam seu transporte através da membrana celular, a velocidade de distribuição é limitada pela taxa de difusão. A distribuição também pode ser limitada pela ligação do fármaco às proteínas do plasma, em especial à albumina para fármacos ácidos e à a 1-glicoproteína ácida no caso de fármacos de característica básica. Uma substância ativa extensa e fortemente ligada à estas proteínas tem pouco acesso a locais de ação intracelulares e pode ser lentamente biotransformada e eliminada.
Os fármacos podem acumular-se nos tecidos em concentrações maiores que as esperadas a partir do equilíbrio estável de difusão, como resultado dos gradientes de pH, da ligação a componentes intracelulares ou da distribuição nos lipídeos. O acumulo de um fármaco em determinado tecido, pode atuar como um reservatório que prolonga sua ação nesse mesmo tecido e em um local distante atingido pela circulação.