Обмен ДЛК изучен, главным образом, в экспериментах на животных. ДЛК быстро всасывается и уже через несколько минут исчезает из крови. Во внутренних органах наиболее высокое содержание ДЛК обнаруживается в печени и почках, но ДЛК проникает во все внутренние органы, уже через 10—15 минут после парентерального введения достигая максимальной концентрации. В головном мозгу содержится значительно меньше ДЛК, чем в большинстве внутренних органов, по данным Бойда, экспериментировавшего на крысах, всего около 0,01 введенного животным радиоактивного ДЛК приходится на головной мозг. В самом мозгу наибольшее количество ДЛК обнаруживают в мозжечке, затем следуют в убывающем порядке ганглии ствола головного мозга, области лимба и гипокампа, серое вещество коры и наконец — белое вещество (опыты Арнольда и Гофмана на мышах и морских свинках). ДЛК располагается как внутри нервной клетки — главным образом, в цитоплазме — так и на ее поверхности, образуя тонкую сетку. Основная часть ДЛК, по-видимому, метаболизируется печенью и через желчные ходы поступает в кишечник, где уже через 3—12 часов обнаруживается 70—80% введенного ДЛК. Обратное всасывание из кишечника не происходит. По данным Бойда около 80% ДЛК выводится с калом (в течение 60 час), около 8% с мочой (за 36 час.) и около 4% — с выдыхаемым воздухом (за 12 час). В неизмененном виде выводится очень небольшая часть ДЛК, большая же его часть метаболизируется, образуя (по Аксельроду) 2-окси-ДЛК, не оказывающий влияния на ЦНС. Бойд сообщает, что в моче крыс с помощью хроматографии выделено 4 метаболита ДЛК, но идентифицировать их не удалось. Появление ДЛК в головном мозгу после парентерального введения указывает на его способность проникать через гемато-энцефалический барьер, хотя некоторые авторы отмечали различия в действии ДЛК в зависимости от способа его введения. Так, Джинзел нашел, что рефлексы на раздражение хеморецепторов сонной артерии тормозятся после внутрижелудочкового введения ДЛК, тогда как его внутривенное введение такого действия не оказывает.
Моннье полагает, что ДЛК воздействует, в первую очередь, на восходящую активирующую ретикулярную систему, активируя ее, и одновременно угнетает интерламинарную систему таламуса. Однако нельзя исключить и непосредственного воздействия на кору головного мозга. Представляют интерес исследования на кошках, проведенные Пурпура, который нашел, что ДЛК тормозит передачу в аксодендритических синапсах и облегчает ее в аксосоматических синапсах. По имеющимся в литературе данным к аксодендритическим относятся ретикуло-кортикальные синапсы и синапсы, связывающие ассоциационные зоны в коре головного мозга. Таким образом, ДЛК, нарушая связи между отдельными зонами коры головного мозга, может вести к нарушению их согласованной деятельности, одновременно изменяя тонус нервной клетки (благодаря торможению ретикуло-кортикальных связей).
Следует однако заметить, что попытки изучения механизма действия ДЛК в опытах на животных и перенесение этих данных на человека представляются весьма спорными. Во-первых, чувствительность к ДЛК различных видов животных весьма различна, так для мышей доза в 100
Механизм психотомиметического действия ДЛК остается невыясненным. Следует отметить, что большая часть исследований, посвященных выяснению этого механизма, появилась в первые годы широкого применения препарата, в последние годы не получено новых и сколько-нибудь существенных данных.