Pembagian terdahulu mengenai tahapan metabolisme bilirubin yang berlangsung dalam 3 fase; prehepatik, intrahepatik, dan pasca hepatik masih relevan, walaupun diperlukan akan adanya fase tambahan dalam tahapan metabolisme bilirubin. Tahapan yang baru menambahkan 2 fase lagi sehingga pentahapan metabolisme bilirubin menjadi 5 fase, yaitu fase 1) Pembentukan bilirubin , 2) Transpor plasma, 3) Liver uptake, 4) Konyugasi, dan 5) Eksresi bilier.

Fase Prehepatik1. Pembentukan bilirubin.Sekitar 250-350 mg bilirubin atau sekitar 4 mg per kg berat badan terbentuk setiap harinya; 70-80% berasal dari pemecahan sel darah merah yang matang. Sedangkan sisanya 20-30% (early labelled bilirubin) datang dari protein heme lainnya yang berada terutama di dalam sumsum tulang dan hati. Sebagian dari protein heme dipecah menjadi besi dan produk antara biliverdin dengan perantaraan enzim hemeoksigenase. Enzim lain, biliverdin reduktase, mengubah biliverdin menjadi bilirubin. Tahapan ini terjadi terutama dalam sel sistem retikuloendotelial (mononuklir fagositosis). Peningkatan hemolisis sel darah merah merupakan penyebab utama peningkatan pembentukan bilirubin. Pembentukan early labelled bilirubin meningkat pada beberapa kelainan dengan eritropoiesis yang tidak efektif namun secara klinis kurang penting.2. Transport plasmaBilirubin tidak larut dalam air, karenanya bilirubin tak terkonyugasi ini transportnya dalam plasma terikat dengan albumin dan tidak dapat melalui membran glomerulus, karenanya tidak muncul dalam air seni. Ikatan melemah dalam beberapa keadaan seperti asidosis, dan beberapa bahan seperti antibiotika tertentu, salisilat berlomba pada tempat ikatan dengan albumin.

Fase Intrahepatik3. Liver uptakeProses pengambilan bilirubin tak terkonyugasi oleh hati secara rinci dan pentingnya protein pengikat seperti ligandin atau protein Y, belum jelas. Pengambilan bilirubin melalui transport yang aktif dan berjalan cepat, namun tidak termasuk pengambilan albumin.4. KonyugasiBilirubin bebas yang terkonsentrasi dalam sel hati mengalami konyugasi dengan asam glukoronik membentuk bilirubin diglukoronida atau bilirubin konyugasi atau bilirubun direk. Reaksi ini yang dikatalisasi oleh enzim mikrosomal glukoronil-transferase yang menghasilkan bilirubin yang larut dalam air. Dalam beberapa keadaan reaksi ini hanya menghasilkan bilirubin monoglukoronida, dengan bagian asam glukoronik kedua ditambahkan dalam saluran empedu melalui sistem enzim yang berbeda, namun reaksi ini tidak dianggap fisiologik. Bilirubin konyugasi lainnya selain diglukoronid juga terbentuk namun kegunaannya tidak jelas.

Fase Pascaepatik5. Eksresi bilirubinBilirubin konyugasi dikeluarkan ke dalam kanalikulus bersama bahan alinnya. Anon organik lainnya atau obat dapat mempengaruhi proses yang kompleks ini. Di daam usus flora bakteri mendekonyugasi dan mereduksi bilirubin menjadi sterkobilinogen dan mengeluarkan sebagian besar ke dalam tinja yang memberi warna coklat. Sebagian diserap dan dikeluarkan kembali ke dalam empedu, dan dalam jumlah kecil mencapai air seni sebagai urobilinogen. Ginjal dapat mengeluarkan diglukoronida tetapi tidak bilirubin unkonyugasi. Hal ini menerangkan warna air seni yang gelap khas pada gangguan liepatoseluler atau kolestasis intrahepatik. Bilirubin tak terkonyugasi bersifat tidak larut dalam air namun larut dalam lemak. Karenanya bilirubin tak terkonyugasi dapat melewati barier darah-otak atau masuk ke dalam plasenta. Dalam sel hati, bilirubin tak terkonyugasi mengalami proses konyugasi dengan gula melalui enzim glukoroniltransferase dan larut dalam empedu cair.