巴比妥类药物的作用强弱和起效时间快慢与药物的解离常数pKa和脂水分配系数密切相关。巴比妥类药物C-5位取代基的氧化反应是代谢的主要途径。当5位取代基为饱和直链烷烃或苯环，则因不易被氧化而难以在肾脏排除，作用时间较长。如苯巴比妥。当5位取代基为支链烷烃或不饱和烃基时，氧化代谢容易，易被排除，故镇静、催眠作用时间短，如海琐巴比妥为短效镇静药。药物5位碳上的两个取代烃基，碳原子总数以4～8为最好，此时分配系数合适，具有良好的镇静催眠作用；碳数超过8时，作用产生过强，会出现惊厥作用。