Los cambios bioquímicos que suceden en el cerebro del adicto son los responsables de la compulsión observada en los episodios de uso descontrolado, asi como de muchas de las perturbaciones cognitivas propias de la adicción.

Las últimas investigaciones implican a diversos neurotransmisores, asi como a vías o sistemas cerebrales, tales como el sistema de recompensa mesolímbico, como factores claves en el desarrollo de la sintomatología adictiva.
Las sustancias psicotrópicas externas o drogas, asi como los estados de excitación extrema provenientes de conductas de estimulación, afectan estos neurotrasnmisores de manera que el cerebro los produce en exceso o los depleta exageradamente. Estos cambios, unidos a la predisposición a la adicción produce una respuesta aberrante, que es el reflejo de un desbalance bioquímico persistente.
Los neurotransmisores mas importantes involucrados en la respuesta adictiva son:
La Dopamina es predominante en las áreas del sistema de recompensa mesolímbico el cual media las repuestas de euforia y estimulación en el cerebro.
Las Endorfinas se producen en las áreas mesolímbica y mesocorticales, y median las respuestas a los estímulos dolorosos, la regulación de la temperatura y la ingestión de agua y alimentos.
El Acido Gamma Amino Butírico (GABA) se encuentra en la amígdala, el bulbo olfatorio, el telencéfalo ventral y el globo pálido también se ha implicado en la respuesta adictiva
En realidad se asume que todos los neurotransmisores tienen un papel en la manifestación de la adicción. Aún se investiga para determinar la naturaleza de ese papel y la forma en que las vías y los químicos cerebrales interactuan para producir el desorden adictivo.