Distribuţia plumbului în organism este identică indiferent de calea de pătrundere.
Depozitarea se face:
- în oase (94% la adulţi, 73% la copii)
- în ţesuturile moi (5%)
- în sânge (1%)
Plumbul depozitat în oase este foarte greu mobilizabil, rezultând că prin procesul de chelare în urma unui tratament de scurtă durată se poate elimina maxim 6% din plumbul total depozitat în organism, şi anume cel din ţesuturile moi şi cel din sânge.

Plumbul sanguin
Plumbul sanguin este localizat în special la nivelul eritrocitelor (99%), legat mai mult de proteine din interiorul citoplasmei, decât de proteine membranare.
Concentraţia plumbului sanguin variază considerabil cu vârsta, starea fiziologică şi alţi factori care influenţează expunerea şi absorbţia în organism. Timpul normal de înjumătăţire de 30 zile.
Plumbul plasmatic este găseşte sub 4 forme:
• legat slab de albumina serică sau alte proteine serice cu afinitate scăzută pentru plumb (40-75%)
• complexat cu liganzi cu greutate moleculară mică precum aminoacizii sau acizi carboxilici
• legat puternic de o metaloproteină circulantă
• liber ionizat, Pb2+ (în cantitate foarte mică: 0,02% din nivelul sanguin total)
Cu toate că se găseşte în cantitate mică, plumbul plasmatic este important întrucât deplasarea plumbului între diferitele compartimente ale organismului are loc prin plasmă. În cazul unei expuneri acute, plumbul plasmatic creşte foarte mult, dar revine la valoarea iniţială de asemenea repede, timpul de înjumătăţire fiind de sub o oră.

Plumbul din ţesuturile moi

Plumbul este depozitat la nivelul sistemului nervos central (în substanţa gri, şi anumiţi nuclei: hipocamp, cortex, cerebel) şi sistemul nervos periferic, ficat, rinichi şi muşchi reprezintă cea mai mare parte a plumbului biologic activ, responsabil de efectele biologice specifice. Timpul de înjumătăţire este de 40-60 zile.

Plumbul în oase

Plumbul se acumulează la nivelul oaselor, atât în compactă cât şi în spongioasa oaselor, prin substituirea calciului la suprafaţa cristalelor de hidroxiapatită.
Datorită ratei mari de remodelare a porţiunii spongioase a oaselor, timpul de înjumătăţire al plumbului din spongioasa oaselor este de 2-8 ani, fiind relativ uşor mobilizabil, similar cu cel din ţesuturile moi, fiind deci plumb biologic activ.
Timpul de înjumătăţire al plumbului în compacta oaselor este de 20-30 ani, mişcările sale între diferitele compartimente fiind extrem de lente, cuplate cu cele ale calciului. Din acest motiv, plumbul depozitat aici nu produce efecte toxice.
Plumbul nu se depune uniform în oase, ci preferenţial în acele zone unde se petrec procesele cele mai active de calcificare din organism. În timpul copilăriei, calcificarea are loc la nivelul spongioasei oaselor, în timp ce la vârsta adultă, procesele de remodelare osoasă au loc atât la nivelul spongioasei cât şi a compactei oaselor. De aceea, majoritatea plumbului depus în oase în prima parte a vieţii nu este fixat permanent, ulterior prin scăderea turnoverului o dată cu înaintarea în vârstă şi cu depunerea în compacta oaselor, el acumulându-se treptat. Acest mod de depozitare al plumbului în organism poate menţine nivele sanguine crescute chiar după mult timp de la încetarea expunerii.
Între plumbul depus în oase şi plumbul din ţesuturile moi, respectiv din sânge, există schimburi permanente de ioni, după cum au demonstrat studiile izotopice. Acest echilibru este afectat de diferite situaţii fiziologice sau patologice care se asociază cu osteoliza şi activitatea osteoclastelor, cu demineralizarea oaselor, ceea ce conduce implicit la creşterea nivelului plumbului în sânge, prin eliberarea lui de la nivelul oaselor: sarcina, lactaţia, menopauza, osteoporoza, alte condiţii asociate cu un catabolism crescut sau administrare de hormon paratiroidian. De exemplu, în cazul sarcinii, acest mecanism poate conduce la transfer de plumb către făt, atunci când pentru producerea scheletului fetal, procesele de osteoliză din organismul mamei sunt intensificate.