Via oxidativa: na presença de oxigénio, o clorofórmio é metabolizado pelo Citocromo P450, nomeadamente pela isoenzima Citocromo P2E1 (responsável pela metabolização de solventes orgânicos), formando o triclorometanol (HOCCl3).

O triclorometanol rapidamente forma o fosgénio (CCl2O), com libertação de ácido clorídrico (HCl). De seguida, a reação que ocorre em maior extensão é a hidrólise do fosgénio, na presença de água, com libertação de dióxido de carbono e ácido clorídrico.

No entanto, uma vez que o fosgénio tem carácter eletrofílico e reage com macromoléculas (RH) (como enzimas, proteínas ou a extremidade polar dos fosfolípidos), promove também a formação de aductos moleculares, que poderão levar à desfuncionalização da célula, ou até à sua morte. Uma das vias de destoxificação do fosgénio resulta da sua reação com a glutationa (GSH).

Via redutora: na ausência de oxigénio, o clorofórmio é também metabolizado pelo Citocromo P450, formando o radical diclorometilo (CHCl2), extremamente reativo. Este radical pode formar aductos com as enzimas microssomais e com a extremidade apolar dos fosfolípidos, o que resulta numa perda de atividade enzimática microssomal (reduzindo assim os níveis de Citocromo P450). O radical formado pode também desencadear o processo de peroxidação lipídica.