Мелфалан швидко всмоктується після перорального застосування, проте біодоступність препарату після перорального прийому сильно варіює, і може становити від 25 до 89 % (у середньому 56 %). Після внутрішньовенної ін'єкції біодоступність препарату становить 100 %. Препарат виявляється в крові за кілька хвилин після внутрішньовенного застосування. Мелфалан швидко метаболізується до двох активних метаболітів.