Das Metabolisierungsmuster von 2,4-Dinitrotoluol (1) ist sehr komplex. 2,4-Dinitrotoluol (1) kann im Säugetierorganismus einerseits durch die Darmflora an jeder der beiden Nitrogruppen zu den entsprechenden Aminen (2) und (3) reduziert werden. Diese Reduktion kann auch bis zum 2,4-Diaminotoluol (4) führen. 4-Amino-2-nitrotoluol (2) und das cancerogene 2,4-Diaminotoluol (4) werden dann in der Leber an der 4-Aminogruppe acetyliert und können so aus dem Körper ausgeschleust werden. Ein anderer - oxidativer - Metabolisierungsweg wird durch Cytochrom P450 in der Leber katalysiert und führt zum 2,4-Dinitrobenzylalkohol (5), der entweder weiter über den entsprechenden Aldehyd zur 2,4-Dinitrobenzoesäure (6) oxidiert werden kann oder auch als Glucuronid (7) ausgeschieden wird. Alle durch die Darmflora reduzierten Verbindungen können in der Leber zusätzlich an der Methylgruppe zu den entsprechenden Alkoholen, Aldehyden und Carbonsäuren oxidiert werden.