静脉注射阿芬太尼后，其血浆浓度可用二室或三室模型来描述。阿芬太尼与血浆蛋白（主要是糖蛋白）结合的比例（90%）较芬太尼高。由于其相对低的pKa(6.5)，在生理pH值下，阿芬太尼大部分（90%)呈非解离形式。因此，尽管阿芬太尼蛋白结合力更强，但其溶解部分比芬太尼更多。这也部分解释了为什么阿芬太尼在静脉注射后达到峰值效应的潜伏期短。阿芬太尼的主要代谢途径与舒芬太尼相似，包括氧化脱经作用和脱甲基作用、芳香基的经化作用和葡萄糖醛酸化。阿芬太尼降解产物几乎无阿片活性。人体阿芬太尼代谢主要（如果不是唯一的话）由细胞色素P4503A4（cYP3A3/4）完成。这种酶在人体内表现的活性范围至少相差8倍。阿芬太尼也可经人肝微粒体CYP3A5代谢，其在遗传药理学表达水平上显示出多于20倍的变异性，因此导致人肝对阿芬太尼代谢存在显着的个体差异。体外试验表明，临床剂量的丙泊酚浓度影响阿芬太尼和舒芬太尼在猪和人肝微粒体部分的氧化代谢降解。