本品在体先转化为5α二氢睾酮（5α-dihyrotesterone）,以后再与细胞受体结合，进入细胞核，与染色质作用，激活RNA多聚酶，促进蛋白质合成和细胞代谢。此外，丙酸睾酮可通过红细胞生成素刺激红细胞的生成和分化。
本品口服虽可吸收，但肝中会迅速破坏而失效，故一般采用肌内注射。肌内注射丙酸睾酮后，吸收较慢，其延效时间2-4天。在血中，98%的睾酮与性激素球蛋白结合，仅2%为游离状。半衰期为10-20分钟。睾酮在肝内灭活后，代谢产物为雄酮异雄酮及原胆烷醇酮。它们90%是与葡萄醛酸及硫酸结合的形式从尿中排出。约6%非结合形式的产物是由胆汁排出，其中少部分仍可再吸收，形成肠肝循环。
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