電位依存性Naチャネルの不活性化状態を安定化し、高頻度反復発火と異常興奮の伝播を抑制する。治療濃度付近で肝代謝酵素が飽和するため、わずかな増量でも血中濃度が急上昇するMichaelis-Menten型の非線形薬物動態を示す。アルブミン結合率が高く、低アルブミン血症や腎不全では総濃度が正常でも遊離型濃度が上昇する。主にCYP2C9、CYP2C19で代謝され、薬物代謝酵素を誘導する。

焦点発作、焦点起始両側強直間代発作、全般強直間代発作に用いられる。てんかん重積状態では、ベンゾジアゼピン系薬投与後の再発予防として静注フェニトインまたはホスフェニトインを使用する。欠神発作やミオクロニー発作には無効で、悪化させる可能性がある。血中濃度、神経症状、アルブミン値を総合して用量を調整する。

血中濃度上昇により眼振、複視、構音障害、運動失調、意識障害が段階的に現れる。長期投与では歯肉増殖、多毛、ざ瘡、粗い顔貌、末梢神経障害、骨軟化症、葉酸欠乏性巨赤芽球性貧血がみられる。重症薬疹、DRESS、肝障害、血球減少も起こる。妊娠中の使用では胎児ヒダントイン症候群の危険がある。急速静注では低血圧、徐脈、致死性不整脈を起こし得る。

CYPを誘導し、ワルファリン、経口避妊薬、ステロイド、抗精神病薬、抗ウイルス薬など多数の薬剤の濃度を低下させる。バルプロ酸はタンパク結合からフェニトインを置換し、遊離型濃度を上昇させる。アゾール系抗真菌薬、アミオダロン、一部の抗菌薬は代謝を阻害する。経腸栄養は吸収を低下させるため投与時間を調整する。