Bubrezi su glavni organi za izlučivanje tvari topljivih u vodi. Bilijarni sustav pridonosi izlučivanju ako se lijek ne reapsorbira iz probavnog sustava. Općenito, doprinos crijeva, sline, znoja, majčinog mlijeka i pluća u izlučivanju lijekova je slab, osim ako je u pitanju izdisanje hlapljivih anestetika. Izlučivanje putem majčinog mlijeka može utjecati na dojenje djeteta ( vidi: Neki lijekovi kontraindicirani uz dojenje).

Jetreni metabolizam lijekova obično povećava polarnost lijekova i topljivost u vodi. Dobiveni metaboliti se potom lakše izlučuju.

(Vidi također Pregled farmakokinetike.)

Bubrežna filtracija zaslužna je za najveći dio izlučivanja lijekova. Oko jedna petina plazme koja dolazi u glomerul filtrira se kroz pore u endotelu glomerula; gotovo sva voda i većina elektrolita pasivno i aktivno se reapsorbira iz bubrežnih tubula natrag u krvotok. Međutim, polarni spojevi, koji čine većinu metabolita lijekova, ne mogu difundirati natrag u krvotok i izlučuju se, osim u slučaju kad postoji specifični transportni mehanizam za njhovu reapsorpciju (npr. za glukozu, aksorbinsku kiselinu i vitamine B skupine). S procesom starenjea, bubrežno izlučivanje lijeka se smanjuje ( vidi: Utjecaj starenja na metabolizam * i eliminaciju nekih lijekova); u dobi od 80 godina klirens obično se smanjuje na polovicu vrijednosti koja je postojala u dobi od 30 godina.

Načela transmembranskog prijenosa lijekova vrijeme i u slučaju bubrega. Lijekovi vezani na bjelenčevine plazme ostaju u krvotoku; samo nevezani, slobodni dio lijeka sadržan je u glomerularnom filtratu. Neionizirani oblici lijekova i njihovih metabolita se brzo reapsorbiraju iz tubularne tekućine.

pH urina, koji se kreće od 4,5 do 8,0, može bitno utjecati na reapsorpciju i izlučivanje lijeka jer određuje stupanj ionizacije slabe kiseline ili baze (). Zakiseljavanje urina povećava reapsorpciju i smanjuje izlučivanje slabih kiselina, dok smanjuje reapsorpciju slabih lužina. Alkalizacija urina ima suprotan učinak. U nekim slučajevima predoziranja, ova načela koriste se koriste kako bi se pojačalo izlučivanje slabe baze ili kiseline; npr. urin se alkalizira kako bi se pojačalo izlučivanje acetilsalicilne kiseline. Koliko će promjena pH promijeniti brzinu eliminacije pojedinog lijeka ovisi o doprinosu bubrežnog puta ukupnom izlučivanju, o polarnosti neioniziranog oblika i o stupnju ioniziranosti konkretne molekule.

Aktivna tubularna sekrecija u proksimalnom tubulu je važna za eliminaciju mnogih lijekova. Taj proces ovisan je o energiji i mogu ga blokirati metabolički inhibitori. Kad je koncentracija lijeka visoka, sekrecijski prijenos može doseći gornju granicu (prijenosni maksimum); svaka tvar ima svoj karakteristični prijenosni maksimum.

Postoje odvojeni prijenosni mehanizmi za anione i za katione. Anionski sekrecijski sustav uobičajeno eliminira metabolite konjugirane s glicinom, sulfatom ili glukuronskom kiselinom. Anioni se uzajamno se natječu za isti put sekrecije. Ta se kompeticija koristi i u terapijske svrhe; npr. probenecid blokira brzu tubulsku sekreciju penicilina, čime se na duže vrijeme postižu više koncentracije penicilina u plazmi. U kationskom prijenosnom sustavu, kationi ili organske baze (npr pramipeksol, dofetilid) secerniraju se u bubrežne tubule; ovaj proces mogu inhibirati cimetidin, trimetoprim, proklorperazin, megestrol, ili ketokonazol.