Bağımlılığın gelişmesinde beynin ödül merkezi olarak bilinen ventral tegmental alan, beynin muhakeme, karar verme, dürtü denetimi gibi birçok fonksiyonlarından sorumlu frontal korteks, duyguların yönetiminden sorumlu amigdala, öğrenme ile ilişkili Nucleus Accumbens ve Striatum gibi birçok beyin bölgesinin sorumlu olduğu bilinmektedir. Bağımlılığın her bir aşamasında beynin farklı bölgelerinde değişiklikler meydana gelmektedir.Bu nedenle bağımlılığın gelişimi çok karmaşık bir süreçtir.
Normalde sanat, yemek yeme gibi bize zevk veren uyaranlar beynin ödül merkezinde dopaminin artmasına neden olur. Madde kullanımı da ödül merkezinden yüksek miktarda dopamin salgılanmasına neden olur. Salgılanan bu dopamin kişinin haz almasına neden olur.
Normal şartlar altında bireyin birçok amacı vardır ve bunların arasından bazılarını seçmesi gerekiyor. Amaçların ortaya çıkması, bunlara değer biçme ve eylemin seçimi frontal korteks ile ilişkilidir. Bağımlılığın önemli yönlerinden birisi de, bu amaçların seçiminin madde ile ilişkili olanlarla sınırlı kalmasıdır çoğu zaman. Madde alımının tetiklediği dopamin salınımı zaman içerisinde frontal kortkesi etkileyerek yanlış karar alınmasına, seçilen eylemlerin madde kullanımı ile sınırlı kalmasına neden olmaktadır. Aynı zamanda dopamin Nucleus Accumbens ve Striatum gibi beynin öğrenme ile ilgili bölgelerini de etkileyerek öğrenme yetisinin bozulmasına neden olur. Madde bağımlılığı gelişen kişilerin aynı zamanda yeni bilgiyi öğrenme, kaydetme ve hatırlama yetilerinde de bozukluk gelişmektedir. Tekrarlayıcı ve aşırı dopamin salınımı doğal ödüllendirici olarak bilinen ve normal şartlarda kişiye keyif veren yemek yeme ve sanattan-müzikten keyif almasına da engel olmaktadır.