Из системного кровотока лекарственное средство переходит во внесосудистое пространство и распределяется между интерстициальной и внутриклеточной жидкостью. Характер распределения зависит от физико-химических свойств препарата и ряда физиологических факторов. Скорость распределения и количество препарата, поступившего в ткань, определяются сердечным выбросом, интенсивностью местного кровотока и объемом ткани. Большинство лекарственных средств в первую очередь попадают в интенсивно кровоснабжаемые органы и ткани (печень, почки, головной мозг). Поступление препарата в другие внутренние органы, мышцы, кожу и жировую ткань происходит медленнее: для установления равновесия между концентрациями лекарственного средства в сыворотке и тканях требуется от нескольких минут до нескольких часов. Именно в этих тканях обычно находится основная часть препарата, распределенного во вне-сосудистом пространстве, так как на них приходится гораздо большая часть массы тела, чем на интенсивно кровоснабжаемые органы и ткани. Благодаря высокой проницаемости эндотелия капилляров лекарственные средства быстро проникают в интерстициальную жидкость (исключение составляют капилляры некоторых органов, например головного мозга). Таким образом, содержание вещества в той или иной ткани зависит прежде всего не от скорости транспорта через стенку капилляров, а от коэффициента распределения данного вещества между кровью и этой тканью. Важные факторы, которые влияют на поступление лекарственного средства в ткани, — растворимость препарата в жирах, а для слабых кислот и оснований — еще и градиент pH между внутриклеточной и внеклеточной жидкостью. Впрочем, этот градиент обычно невелик (pH составляет 7 и 7,4 соответственно), так что разность концентраций слабого электролита по обе стороны клеточной мембраны небольшая. Более существенную роль играет [[Связывание лекарств с белками плазмы|связывание препарата с белками плазмы]], с одной стороны, и с компонентами тканей — с другой.