含酯和酰胺结构的药物在代谢中，易被肝脏、血液中或肾脏等部位的水解酶水解成羧酸、醇（酚）和胺等。酯水解酶和酰胺酶特异性不高，包括羧酸酯酶、芳基酯酶、丝氨酸肽链内切酶等，其他相关的水解酶还有芳磺酸酯酶、芳磷酸二酯酶、β-葡萄糖苷酸酶、环氧水解酶等。

水解反应（hydrolysis）可以在酯酶和酰胺酶催化下进行，非常不稳定的化合物也可能在生理pH和温度下进行非酶的水解，水解产物的极性较其母体药物强。对于酰胺来说，亲脂性越强，越适合作为该酶的底物。大多数情况下，毒性物质中酯或酰胺键被水解后都能形成生物失活的易被排泄的亲水性代谢物。有些代谢物可以生成结合的代谢物（如谷胱甘肽）。

例如局部麻醉药普鲁卡因在体内代谢时绝大部分迅速被水解生成对氨基苯甲酸和二乙氨基乙醇，而很快失去局部麻醉作用。

酰胺水解的速度较酯慢，因此，酰胺大部分以原形药物排出。如抗心律失常药物普鲁卡因胺在水解代谢中的速率比普鲁卡因慢得多。普鲁卡因在体内迅速水解，绝大部分以水解产物或其结合物从尿中排除；而普鲁卡因胺约有60%的药物以原形从尿中排出。

邻近基团的立体位阻对酯和酰胺的水解速度影响较大。如有较大位阻的阿托品，在体内几乎有50%以原药形式随尿排泄，剩余部分也未进行酯水解代谢。

由于水解酶在体内广泛分布于各组织中，水解反应是酯类药物体内代谢的最普遍的途径。利用这一特性，人们把一些含有刺激作用的羧基、不稳定的醇（酚）羟基的药物做成酯，改变药物的极性，并使吸收、分布、作用时间和稳定性等药代动力学性质得到改善。这些药物，称作原来药物的前药（prodrug），在体内通过酶水解，释放出原药（parent drug）而发挥作用。如地塞米松的极性较大，脂溶性差，吸收不好。如将地塞米松的21-羟基醋酸酯化后，可使药物的脂溶性增加，吸收性得到改善。

总之，Ⅰ相生物转化反应能在药物分子中引入一个新的官能团，可能产生下列一种或多种变化：①增加药理活性（活化）；②降低药理活性（失活）；③改变药理活性；④增加致癌、致畸、细胞毒等毒副作用。

能显示活性增强或活性与母体药物不同的药物通常经历进一步代谢和结合，从而转化成活性丧失和非活性的结合物进行排泄。