氯霉素在胃腸道吸收良好，口服后1～2小時在血中即可達最高濃度。藥物在體內容易進入心包液、胸液、關節腔液、眼房水及腦脊液。眼局部滴用可使房水內藥物達到有效抑菌濃度，故氯霉素常制成滴眼劑使用。正常腦脊液內的藥物濃度可達血濃度的40～65%，當腦脊液有炎癥時其濃度可與血藥濃度近似。由于氯霉素的親脂性強，腦組織中的濃度可達血藥濃度的9倍,因此，氯霉素特別宜于治療細菌性腦膜炎與腦膿腫。
氯霉素進入人體后90%以上在肝內與葡萄糖醛酸結合形成代謝產物，此代謝產物無毒亦無抗菌活性，主要由腎臟腎小管分泌排出,當腎功能不良時,此代謝物在體內含量將增加，但因其無毒故不必減小氯霉素用量。體內具有抗菌活性的部分約為10%，此游離氯霉素經腎小球濾過排出，其含量雖不甚高，但其濃度仍超過敏感細菌的所需治療濃度，故可用于治療泌尿等感染。當有肝功能不良時，體內的游離藥物濃度可明顯增高，產生毒副作用的可能性亦顯著增大，故需嚴密監測血藥濃度并及時減小劑量。氯霉素的半衰期為1～4.5小時(平均3小時),嬰幼兒的半衰期較成年人長。蛋白結合率約為50～60%。氯霉素酯化物在體內水解不完全，個體間差異亦大，其血藥濃度一般較氯霉素低。氯霉素琥珀酸酯肌注給藥吸收不好，血藥濃度?