Po prostu uzależnienie od palenia jest spowodowane przez nikotynę w tytoniu i sposób, w jaki nikotyna dostaje się do krwiobiegu i mózgu palacza. Tak jak tlen przedostaje się do płuc, a następnie do krwi, tak dym i nikotyna przechodzą do płuc i krwi palacza, a następnie przechodzą przez krwioobieg do mózgu. W mózgu uzależnienie od palenia jest ustalane na podstawie tego, jak nikotyna współdziała z mózgiem, powodując zmianę fizjologiczną i uzależnienie od nikotyny. Jest to zazwyczaj wzmacniane przez uwarunkowania społeczne i psychologiczne, w których palenie staje się dalej związane z przyjemnością i relaksem.
Uzależnienie od palenia zaczyna się dosłownie od pierwszej inhalacji papierosa lub podobnego wyrobu tytoniowego. Nikotyna jest zawarta w liściu tytoniu i jest substancją rakotwórczą, która działa jako naturalna obrona tytoniu przed owadami i innymi potencjalnymi plagami. Nikotyna przedostaje się z tytoniu poprzez dym do płuc palacza lub do ust żucia tytoniu, fajki lub palacza cygar bez wdychania, a następnie do krwiobiegu. Po dostaniu się do krwiobiegu nikotyna szybko przemieszcza się do mózgu. Nawet jeśli pierwszemu zaciągnięciu się papierosa towarzyszy kaszel, nudności i inne potencjalne nieprzyjemności, w ciągu około 10 sekund nikotyna dociera do mózgu i wywołuje przyjemną reakcję.
W mózgu człowieka nikotyna pasuje do receptorów nerwowych, które są zwykle używane przez neuroprzekaźnik zwany acetylocholiną. Acetylocholina odpowiada za szereg różnych neurologicznych procesów chemicznych w mózgu, w tym za uwalnianie dopaminy i podobnych bodźców ośrodka przyjemności. Oznacza to, że kiedy nikotyna dotrze do mózgu, wywołuje natychmiastową reakcję przyjemności. Uzależnienie od palenia utrwala się, gdy mózg próbuje poradzić sobie z zalewem nikotyny, tworząc o wiele więcej receptorów acetylocholiny, które nikotyna jest następnie w stanie wykorzystać.
Jednak wzrost receptorów często wymaga większych ilości nikotyny, aby wywołać reakcję przyjemności. W tym momencie osoba uległa uzależnieniu od palenia, a jej mózg dokonał teraz prawdziwych zmian fizjologicznych, aby nadal radzić sobie z nikotyną. Dlatego rzuceniu palenia często towarzyszą problemy fizyczne i psychiczne, takie jak bóle głowy, nudności, drażliwość i wahania nastroju. Podczas rzucania palenia osoba dosłownie pozbawia swój mózg substancji chemicznej, której mózg oczekuje jako regularnej części codziennej pracy.
Uzależnienie od palenia jest zazwyczaj dodatkowo wzmacniane przez uwarunkowania psychologiczne i społeczne, ustanowione przez powiązanie palenia z przyjemnymi czynnościami. Kiedy osoba pali po każdym posiłku, przygotowuje swoje ciało do tego, aby po posiłku spodziewał się chemicznego i neurologicznego przyśpieszenia. Po uwarunkowaniu osoba będzie naturalnie oczekiwać, że po każdym posiłku odczuje fizyczny wpływ nikotyny na swój organizm. To dlatego uzależnienie od palenia jest tak często problemem społecznym i psychicznym, a także fizycznym, ponieważ osoba uczy swoje ciało kojarzenia reakcji chemicznej z innymi czynnościami.