Foi demonstrado que os neurotransmissores e o TDAH estão relacionados porque a maioria das crianças com diagnóstico de Transtorno de Déficit de Atenção e Hiperatividade apresenta sintomas clínicos de desequilíbrio e disfunção de neurotransmissores. Certos neurotransmissores comuns e TDAH estão ligados em que anomalias dentro dos mecanismos de produção, transporte e recaptação do neurotransmissor são hipotetizadas como estando presentes e às vezes são facilmente aparentes em imagens cerebrais de pacientes com TDAH. Os neurotransmissores dopamina, norepinefrina e serotonina são os mais bem pesquisados e os mais comumente direcionados no tratamento do TDAH. A baixa dopamina, por exemplo, é considerada a causa de muitos dos sintomas primários do distúrbio e é tratada com drogas estimulantes que ajudam o corpo a produzir, transportar e metabolizar o neurotransmissor com mais eficiência. A noradrenalina e a serotonina são adições mais recentes na etiologia hipotética do TDAH; drogas que têm como alvo esses neurotransmissores também são usadas no tratamento.
Além disso, os neurotransmissores e o TDAH estão relacionados, pois certas mutações no gene do neurotransmissor podem ser responsáveis pelos subconjuntos observados em um diagnóstico de TDAH. A pesquisa sugere que os pacientes com uma forma predominantemente desatenta do transtorno têm anomalias no gene do transportador de norepinefrina, enquanto aqueles que têm mais sintomas de hiperatividade têm anormalidades no gene do transporte de dopamina. O Vanderbilt University Research Center relata que anormalidades podem estar presentes no sistema de transporte de colina do cérebro também, que desempenha um papel significativo na comunicação neuronal, tendo ação comparável à dopamina e norepinefrina. Esta pesquisa mostra que medicamentos para TDAH mais novos e mais direcionados podem estar no horizonte. O teste genético pode se tornar uma ferramenta inestimável para determinar qual abordagem de medicação tomar primeiro; uma vantagem que é especialmente apreciada quando crianças pequenas estão recebendo medicamentos psicoativos poderosos.
A relação entre neurotransmissores e TDAH foi examinada por pesquisadores da Duke University. Os pesquisadores concluíram que a Ritalina, uma droga freqüentemente usada como defesa de primeira linha no tratamento do TDAH, atua profundamente nos locais dos receptores da serotonina, além dos receptores da dopamina. Outros testes provaram que o tratamento com certos agentes serotogênicos, como inibidores seletivos da recaptação da serotonina (SSRIS), pode ajudar a reduzir a hiperatividade em alguns pacientes. Além disso, os baixos níveis de serotonina estão associados à agressividade e agitação, ambos sintomas em alguns casos de TDAH. A serotonina é mediada por 15 receptores separados dentro do cérebro, no entanto, tornando o tratamento serotogênico direcionado um desafio.
Outros neurotransmissores e o TDAH estão mostrando sinais de que podem estar correlacionados. A feniletilamina (PEA), identificada como neurotransmissor em 2001, aumenta a atividade e o estado de alerta do cérebro. Por esse motivo, os pesquisadores consideram que a PEA está implicada em alguns casos de TDAH. Além disso, a dopamina e a PEA estão intimamente relacionadas na estrutura química, conferindo mais credibilidade à hipótese.