Фаза I метаболізму складається з реакцій відновлення, окислення або гідролізу. Ці реакції служать для перетворення ліпофільних препаратів у більш полярні молекули шляхом додавання або експонування полярної функціональної групи, такої як -NH2 або -OH.

Прикладом реакції окислення є гідроксилювання амфетаміну до 4-гідроксіамфетаміну та норефедрину. Іншим прикладом є гідроксилювання дельта-9-ТГК до 11-ОН-дельта-9-ТГК. Ферменти окислення включають оксидази змішаної функції, монооксигенази та ферменти цитохрому Р450.

Окислення є другий за поширеністю шлях розпаду фармацевтичних препаратів після гідролізу. Однак, на відміну від гідролізу, окислення є механічно більш складним і дає ширший діапазон продуктів розпаду; тому важче контролювати окислення.

Більшість ліків повинні проходити через печінку, який є основним місцем метаболізму ліків. Потрапляючи в печінку, ферменти перетворюють проліки в активні метаболіти або перетворюють активні ліки в неактивні форми. Основним механізмом метаболізму ліків у печінці є певна група ферментів цитохрому Р-450.

Окисник — це речовина, яка окислює щось інше, тобто віддає свій кисень іншій речовині. Відновник – навпаки: він забирає кисень.

Ліки можуть метаболізуватися шляхом окислення, відновлення, гідролізу, гідратації, кон'югації, конденсації або ізомеризації; незалежно від процесу, мета полягає в тому, щоб полегшити виведення препарату. Ферменти, що беруть участь у метаболізмі, присутні в багатьох тканинах, але, як правило, більш концентровані в печінці.