On sait que de nombreuses régions du cerveau, telles que l'aire tegmentale ventrale, connue comme le centre de récompense du cerveau, le cortex frontal, responsable de nombreuses fonctions cérébrales telles que le raisonnement, la prise de décision, le contrôle des impulsions, l'amygdale, responsable de la gestion des émotions, le noyau accumbens et le striatum, liés à l'apprentissage, sont responsables du développement de la dépendance. À chaque stade de la dépendance, des changements se produisent dans différentes parties du cerveau, de sorte que le développement de la dépendance est un processus très complexe.
Normalement, les stimuli qui nous procurent du plaisir, tels que l'art et la nourriture, provoquent une augmentation de la dopamine dans le centre de récompense du cerveau. L'abus de substances provoque également la libération d'une grande quantité de dopamine dans le centre de récompense. Cette dopamine sécrétée provoque une sensation de plaisir.
Dans des circonstances normales, un individu a de nombreux objectifs et doit en choisir certains. L'émergence des objectifs, leur évaluation et le choix de l'action sont associés au cortex frontal. L'un des aspects importants de la dépendance est que le choix de ces objectifs est souvent limité à ceux qui sont liés à la substance. La libération de dopamine déclenchée par la consommation de substances affecte le cortex frontal au fil du temps, entraînant la prise de mauvaises décisions et le choix d'actions limitées à la consommation de substances. Parallèlement, la dopamine affecte également les zones du cerveau liées à l'apprentissage, telles que le noyau accumbens et le striatum, entraînant une altération des capacités d'apprentissage. Les personnes qui développent une dépendance aux substances psychoactives voient également leur capacité à apprendre, à enregistrer et à se souvenir de nouvelles informations diminuer. La libération répétitive et excessive de dopamine empêche également les gens d'apprécier la nourriture, l'art et la musique, qui sont des récompenses naturelles et qui procurent normalement du plaisir à la personne.