Magnesium ist das Kation, das im Körper am vierthäufigsten vorkommt. Ein Erwachsener mit einem Körpergewicht von 70 kg besitzt ungefähr 2000 mEq (1000 mmol) Magnesium. Ungefähr 50% davon sind im Knochen eingebaut und stehen für den Austausch mit Magnesium in anderen Komponenten nicht einfach zur Verfügung. Die Extrazellularflüssigkeit enthält ungefähr 1% des Gesamtkörpermagnesiums. Der verbleibende Rest befindet sich im intrazellulären Kompartiment. Normale Serummagnesiumkonzentrationen bewegen sich im Bereich von 1,8–2,6 mEq/l (0,74–1,07 mmol/l).
Die Erhaltung der Serummagnesiumkonzentration ist im Wesentlichen ein Zusammenspiel aus Magnesiumaufnahme mit der Nahrung und einer effektiven renalen und intestinalen Konservierung. Innerhalb von 7 Tagen nach Beginn einer magnesiumarmen Diät fallen die Magnesiumkonzentrationen in Stuhl und Urin auf ca. 12,5 mg/Tag (0,5 mmol/Tag) ab.
Ungefähr 70% des Serummagnesiums werden in der Niere filtriert, der Rest ist an Proteine gebunden. Die Proteinbindung von Magnesium ist pH-abhängig.
Die Serummagnesiumkonzentration hängt sowohl mit dem Gesamtkörpermagnesiumgehalt als auch mit der intrazellulären Magnesiumkonzentration nicht eng zusammen. Dennoch kann eine schwere Hypomagnesiämie im Serum ein verminderter Gesamtkörper-Magnesium-Gehalt anzeigen. Hypermagnesiämie wird am häufigsten durch Nierenversagen verursacht.
Viele Enzyme werden durch Magnesium aktiviert oder sind von Magnesium abhängig. Magnesium wird bei allen enzymatischen Prozessen einschließlich dort, wo ATP (Adenosintriphosphat) beteiligt ist, und von vielen Enzymen, die im Nukleinsäuremetabolismus eine Rolle spielen, benötigt. Magnesium wird für die Thiaminpyrophosphat-Cofactor-Aktivität gebraucht und scheint die Struktur von Makromolekülen wie DNA und RNA zu stabilisieren.
Magnesium ist auch sehr eng mit dem Metabolismus von Kalzium und Kalium verbunden, worüber es aber bisher nur wenig genaue Erkenntnisse gibt.