Вне зависимости от способа употребления метадона, препарат попадает в кровоток, а впоследствии и в спинной и головной мозг.

Метадон поступает в мозг, где связывается с рецепторами известными как опиоидные рецепторы. Эти рецепторы расположены во многих областях мозга, особенно в тех, что участвуют в восприятии боли и удовольствия. Опиоидные рецепторы также расположены в стволе мозга – ответственном за многие важные автоматические функции, такие как дыхание, артериальное давление и возбуждение. Таким образом, передозировки метадоном часто приводят к остановке дыхания.

Метадон имитирует эндорфины и связывается с рецепторами эндрофинов, расширяя и усиливая их природный болеутоляющий эффект. В отличии от героина или морфина, метадон воздействует на мозг достаточно медленно, тем самым не вызывая сильных ощущений эйфории. В силу своего медленного действия, метадон также остается в мозгу на протяжении более длительного времени.