Karnitin v telesu nastaja iz lizina in metionina, in sicer zlasti vjetrih inledvicah.[4] Za sintezo je bistvena prisotnostvitamina C. Potrebe po karnitinu lahko v določenih razmerah presegajo biosintezno zmogljivost organizma, na primer v času rasti in razvoja[5] ali mednosečnostjo.[6]
Karnitin v celici prenaša dolgoverižne acilne skupine maščobnih kislin v mitohondrijski matriks, kjer lahko le-te nato vstopijo v reakcijobeta oksidacije, pri čemer nastajaacetat. Acetat je energetski vir, ki vstopa vcikel citronske kisline, kjer nastaja metabolna energija v oblikiATP-ja. Preden se lahko maščobna kislina veže na molekulo karnitina, se mora aktivirati. Proste maščobne kisline se v citosolu vežejo natioester, vezan nakoencim A. To reakcijo kataliziraencim acil-CoA sintetaza. Šele, ko je acilna skupina vezana na CoA, se lahko prenese na karnitin. Molekula acil-karnitin se nato prenese iz citosola v mitohondrijski matriks.
Po vezavi na koencim A (CoA) tečejo naslednje stopnje:
acil-karnitin se v matriksu pretvori v acil-CoA s pomočjo encimakarnitin -aciltransferaza II, ki je vezan na notranji membrani mitohondrija. Sproščeni karnitin se zopet prenese v citosol.