Metabolizm Flunitrazepam jest bardzo łatwo wchłaniany z przewodu pokarmowego, osiągając po 60–70 minutach maksymalne stężenie we krwi. Okres półtrwania wynosi 16–35 h. Silnie wiąże się z białkami osocza krwi (78%), uzyskując objętość dystrybucji 3–5 l/kg. Związek jest intensywnie metabolizowany w ustroju (zaledwie 0,2% przyjętej dawki jest wydalane w formie niezmienionej) poprzez redukcję w wątrobie grupy nitrowej do aminowej, z wytworzeniem głównego metabolitu 7-aminoflunitrazepamu ulegającego dalszym, wielorakim szlakom metabolicznym – przemianie do 7-acetamidoflunitrazepamu (poprzez acetylację), desmetyloflunitrazepamu (poprzez N-demetylację), 3-hydroksyflunitrazepamu (poprzez 3-hydroksylację). Metabolity z grupą hydroksylową ulegają sprzęganiu z kwasem glukuronowym do odpowiednich glukuronianów.