Os derivados de ação longa como o fenobarbital são menos lipossolúveis acumulando-se lentamente no cérebro.

A biotransformação destas substâncias ocorre exclusivamente no fígado, sendo que a reação mais importante neste processo é a oxidação.

Os barbitúricos sofrem redistribuição e quando ocorre sua saída do sistema nervoso central para outros tecidos, o efeito estimulante diminui ou cessa.

Os derivados de ação longa são altamente hidrossolúveis e devido esta característica são amplamente distribuídos no tecido cerebral.

O fenobarbital é um importante inibidor de enzimas hepáticas, sua associação com outros fármacos pode aumentar sua biotransformação.