4-Nitrotoluol (1) wird im Säugetierorganismus hauptsächlich über die Zwischenstufe 4-Nitrobenzylalkohol (2) metabolisiert, der mit Glucuronsäure konjugiert (3) (1.4%), sowie zu 4-Nitrobenzoesäure (5) (28%) umgesetzt wird. Ein weiterer Metabolisierungsweg verläuft über Ringhydroxylierung zum 2-Nitro-5-methylphenol (11), das mit als Konjugat mit Sulfat (12) oder Glucuronsäure (13) ausgeschieden werden kann. Im Gegensatz zur Situation bei der 2-Nitrobenzoesäure wird 4-Nitrobenzoesäure auch mit Glycin zur entsprechenden 4-Nitrohippursäure (6) konjugiert. Durch die Darmflora wird unter Reduktion der Nitrogruppe aus 4-Nitrobenzylakohol 4-Aminobenzylalkohol (4) produziert, bzw. aus 4-Nitrobenzoesäure 4-Aminobenzoesäure (7) gebildet. Letztere kann in der Leber an der Aminogruppe acetyliert (8) werden. Auch eine Sulfatierung des 4-Nitrobenzylalkohols mit nachfolgender Glutathionkonjugation ist beobachtet worden, die zum Endprodukt 4-Nitromercaptursäure (10) führt.