當維生素D運到肝臟中，在微粒體中經單氧酶系統作用，將其25位羥基化形成25（OH）D（25-hydroxy vitamin D3）（圖5-7），肝外的其他組織也可吸取維生素D及25-（OH）D3，因此組織中維生素D及25（OH）D3及其總量比血漿中多，如果靶組織需要，可將其釋放出來，他們在脂肪組織中最多，釋放速度最慢，當體重減輕，脂肪減少時，他們也可釋放出來。

靜脈注射維生素D，較快的由血漿進入到組織中。血漿中25（OH）D3在注射後1～3天達到高峰，其濃度可達到20～40ng·ml-1，最高可達80ng·ml-1。濃度與攝入量有一定的關係，小於4 ng·ml-1，臨床上可發生佝僂病及骨質軟化。25（OH）D3在腎線粒體單氧酶作用下（酶系統包括細胞色素P450、鐵硫蛋白及黃素蛋白），經羧基化，轉變為1，25（OH）2D3（1，25-dihydroxy vxtamin D），他是維生素D的生物作用形式，現將其作為激素。其作用方式與其他固醇類激素相似。在靶組織中都有其受體，1，25（OH）2D3與受體形成複合物內，與細胞核或染色體相結合，透過DNA轉錄作用合成信使RNA（mRNA），並轉譯為蛋白質，1，25（OH）2D3在血漿中由分子量為52，00的蛋白質輸送至靶組織（如小腸、骨、腎等），在這些組織中既有1，25（OH）2D3的受體，又有需要VD的鈣結合蛋白（Calcium binding Protein，CaBP），說明1，25（OH）2D3的影響。

最近，報道胰臟內有1，25（OH）2D3及CaBP，二者均存在於分泌胰島素的β細胞內，在維生素D空竭情況下，可以阻止胰島素的分泌，也有人證明1，25（OH）2D3對於幹細胞的生長與分化有關。

在腎中1位羧基化酶與24位羧基化酶相抑制，為血鈣水平所控制。在正常血鈣濃度下（9。5mg%）腎中1α羧基化酶與24位羧基化酶都有活力，所以既能合成1，25（OH）2D3也能合成24，25（OH）2D3，血清鈣低時，刺激1位羧基化酶，鈣多時抑制此酶。由此以調節1，25（OH）2D3合成之量。1，25（OH）2D3合成量多，24，25（OH）2D3合成量少，除血鈣外，尚有其他因素影響1，25（OH）2D3如甲狀旁腺素（Parthormone，PTH）、降鈣素（Calcitonin，CT）、催乳激素都可使其增多。腎為2個羧基化的主要組織，但在體外試驗已證明骨、胎盤、腸及蛋黃均有此功能。