TMZ се хидролизира спонтанно при физиологично рН, първоначално до активния метаболит, 3- метил - (триазен- 1- ил) имидазол- 4- карбоксамид (MTIC).
TMZ spontano hidrolizira pri fiziološki vrednosti pH predvsem do aktivnih presnovkov, 3- metil - (triazen- 1- il) imidazol- 4- karboksamida (MTIK), MTIK pa spontano hidrolizira do 5- amino- imidazol- 4 - karboksamida (AIK), znanega intermediata v biosintezi purinov in nukleinskih kislin, in metilhidrazina, za katerega menijo, da je aktivni alkilirajoči presnovek.