El 4-nitrotolueno se metaboliza en los mamíferos vía el intermedio alcohol 4-nitrobencílico (2) que puede conjugarse con ácido glucurónico a (3) (1.4%), u oxidarse a ácido 4-nitrobenzoico (5) (28%). Otra ruta metabólica supone la hidroxilación del anillo a 2-nitro-5-metilfenol (11), que se excreta en la orina como sulfato (12) o como conjugado del ácido glucurónico (13). En contraste con el ácido 2-nitrobenzoico, el ácido 4-nitrobenzoico (5) también se conjuga con glicina para dar el ácido 4-nitrohipúrico (6). La flora intestinal es capaz de reducir el grupo nitro del alcohol 4-nitrobencílico (2) a alcohol 4-aminobencílico (4) o del ácido 4-nitrobenzoico (5) para dar ácido 4-aminobenzoico (7). El ácido 4-aminobenzoico (7) puede N-acetilarse en el hígado a (8). También se ha encontrado la conjugación del alcohol 4-nitrobencílico (2) con sulfato y la subsiguiente reacción con glutation, que lleva en último lugar al ácido 4-nitromercaptúrico (10).