После абсорбции вещества попадают в кровь, а затем в разные органы и ткани. Большинство лекарственных средств распределяется неравномерно и лишь незначительная часть - относительно равномерно (например, некоторые ингаляционные средства для наркоза). На распределение веществ существенно влияют биологические барьеры, которые встречаются на пути их распространения. К ним относятся стенка капилляров, клеточные (плазматические) мембраны, гематоэнцефалический и плацентарный барьеры.
Через стенку капилляров, представляющую собой пористую мембрану, большинство лекарственных средств проходит довольно легко. Исключение составляют белки плазмы и их комплексы с препаратами.
Прохождение многих веществ через гематоэнцефалический барьер затруднено. Это связано с особенностями строения капилляров мозга. Через гематоэнцефалический барьер плохо проходят полярные соединения. Липофильные молекулы проникают в ткани мозга легко. В основном вещества проходят через гематоэнцефалический барьер путем диффузии, а некоторые соединения и в результате активного транспорта.
Сложную биологическую роль играет плацентарный барьер. Через него также проходят липофильные соединения (путем диффузии). Ионизированные полярные вещества через плаценту проникают плохо.
Распределение в некоторой степени зависит от сродства препаратов к тем или иным тканям. Некоторые препараты в особенно больших количествах обнаруживаются в клеточных депо. Жировые депо представляют особый интерес, так как в них могут задерживаться липофильные соединения (например, некоторые средства для наркоза). Вещества могут накапливаться в соединительной и костной ткани. К экстрацеллюлярным депо можно отнести белки плазмы (особенно альбумины). Некоторые вещества связываются с ними весьма интенсивно.