Se ha demostrado que los neurotransmisores y el TDAH están relacionados porque la mayoría de los niños diagnosticados con trastorno por déficit de atención e hiperactividad presentan síntomas clínicos de desequilibrio y disfunción de los neurotransmisores. Ciertos neurotransmisores comunes y el TDAH están relacionados porque se supone que las anomalías dentro de los mecanismos de producción, transporte y recaptación del neurotransmisor están presentes y, a veces, son fácilmente evidentes en las imágenes cerebrales de pacientes con TDAH. Los neurotransmisores dopamina, norepinefrina y serotonina son los mejor investigados y los más comúnmente dirigidos en el tratamiento del TDAH. Se cree que los niveles bajos de dopamina, por ejemplo, son la causa de muchos de los síntomas primarios del trastorno y se tratan con medicamentos de tipo estimulante que ayudan al cuerpo a producir, transportar y metabolizar el neurotransmisor de manera más eficiente. La noradrenalina y la serotonina son adiciones más recientes en la etiología hipotética del TDAH; Los medicamentos que se dirigen a estos neurotransmisores también se utilizan en el tratamiento.
Además, los neurotransmisores y el TDAH están relacionados en el sentido de que ciertas mutaciones en los genes de los neurotransmisores pueden explicar los subconjuntos que se observan en un diagnóstico de TDAH. Las investigaciones sugieren que los pacientes con una forma predominantemente desatendida del trastorno tienen anomalías en el gen transportador de norepinefrina, mientras que aquellos que tienen síntomas más hiperactivos tienen anomalías en el gen transportador de dopamina. El Centro de Investigación de la Universidad de Vanderbilt informa que también pueden estar presentes anomalías en el sistema de transporte de colina del cerebro, que desempeña un papel importante en la comunicación neuronal, con una acción comparable tanto a la dopamina como a la norepinefrina. Esta investigación muestra que los medicamentos para el TDAH más nuevos y más específicos pueden estar en el horizonte. Las pruebas genéticas pueden convertirse en una herramienta invaluable para determinar qué enfoque de medicación tomar primero; una ventaja que se aprecia especialmente cuando a los niños pequeños se les prescriben potentes psicoactivos.
La relación entre los neurotransmisores y el TDAH fue examinada más a fondo por investigadores de la Universidad de Duke. Los investigadores concluyeron que Ritalin, un fármaco que se utiliza a menudo como defensa de primera línea en el tratamiento del TDAH, actúa profundamente en los sitios receptores de serotonina además de los sitios receptores de dopamina. Pruebas adicionales demostraron que el tratamiento con ciertos agentes serotógenos, como los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (SSRIS), puede ayudar a reducir la hiperactividad en algunos pacientes. Además, los niveles bajos de serotonina se asocian con agresividad y agitación, ambos síntomas en algunos casos de TDAH. La serotonina está mediada por 15 receptores separados dentro del cerebro, sin embargo, lo que hace que el tratamiento serotogénico dirigido sea un desafío.
Otros neurotransmisores y el TDAH muestran signos de que pueden estar correlacionados. La feniletilamina (PEA), identificada como neurotransmisor en 2001, aumenta la actividad y el estado de alerta en el cerebro. Por esta razón, los investigadores consideran que la PEA está implicada en algunos casos de TDAH. Además, la dopamina y la PEA están estrechamente relacionadas en la estructura química, lo que otorga más credibilidad a la hipótesis.