Il processo metabolico del 2,4-dinitrotoluene è particolarmente complesso. Nei mammiferi, il 2,4-dinitrotoluene (1) viene ridotto dai batteri intestinali su uno qualsiasi dei due gruppi -nitro, fornendo in questo modo le due ammine aromatiche (2) e (3): queste ultime vengono quindi ridotte ulteriormente a 2,4-diamminotoluene (4). Il 4-ammino-2-nitrotoluene (2) e il 2,4-diamminotoluene (4), che è una sostanza cancerogena, vengono acilati in corrispondenza dei rispettivi gruppi -ammino a livello del fegato, per poi essere espulsi tramite l'urina. Un secondo percorso metabolico - questa volta ossidativo - è catalizzato dal citocromo P450 nel fegato: in questo caso il prodotto primario è l'alcol 2,4-dinitrobenzilico (5), che può quindi essere ulteriormente ossidato ad acido 2,4-dinitrobenzoico (6), passando attraverso l'aldeide corrispondente, oppure espulso come estere glucuronico (7). Tutti i composti ridotti dai batteri intestinali potrebbero anche essere ossidati in posizione benzilica a livello del fegato, fornendo in questo modo i rispettivi alcol, aldeidi e acidi.