Absorpce Po perorálním podání je methotrexát absorbován z gastrointestinálního traktu. V případě podávání nízkých dávek (7,5 mg/m² až 80 mg/m² BSA) je průměrná biologická dostupnost methotrexátu přibližně 70 %, ale je možná značná interindividuální a intraindividuální variabilita (25–100 %). Maximální sérové koncentrace jsou dosaženy po 1–2 hodinách. Biologická dostupnost po subkutánním, intravenózním a intramuskulárním podání je srovnatelná.
Distribuce Přibližně 50 % methotrexátu se váže na sérové proteiny. Po distribuci do tělesných tkání se vysoké koncentrace ve formě polyglutamátů nacházejí zejména v játrech, ledvinách a slezině, kde mohou přetrvávat po několik týdnů nebo měsíců. Při podávání v nízkých dávkách methotrexát přechází v minimálním množství do tělesných tekutin; při vysokých dávkách (300 mg/kg tělesné hmotnosti) byly v tělesných tekutinách změřeny koncentrace mezi 4 a 7 μg/ml. Průměrný terminální poločas je 6–7 hodin a vykazuje značnou variabilitu (3–17 hodin). Poločas může být prodloužen až na čtyřnásobek oproti normálním hodnotám u pacientů s třetím distribučním prostorem (pleurální výpotek, ascites).
Biotransformace Přibližně 10 % podané dávky methotrexátu je metabolizováno intrahepatálně. Hlavním metabolitem je 7-hydroxymethotrexát.
Eliminace Vylučování převážně nezměněné formy probíhá primárně v ledvinách prostřednictvím glomerulární filtrace a aktivní sekrece v proximálních tubulech. Přibližně 5–20 % methotrexátu a 1–5 % 7-hydroxymethotrexátu je vylučováno žlučí. Existuje výrazný enterohepatální krevní oběh.
V případě renální insuficience je eliminace významně prodloužena. Není známo, zda jaterní insuficience zhoršuje eliminaci.
Methotrexát prochází placentární bariérou u potkanů a opic.