Szlak mezolimbiczny to obwód mózgu zależny od neuroprzekaźnika dopaminy. Umożliwia wyrobienie nawyku poprzez powiązanie pewnych zachowań z odczuwaniem przyjemności. Z tego powodu jest również nazywany ścieżką nagrody w mózgu i jest przedmiotem badań nad uzależnieniem od narkotyków. Ponieważ nieprawidłowe działanie dopaminy jest związane ze schizofrenią i zaburzeniami ruchu, leki leczące te choroby oddziałują na szlak mezolimbiczny w złożony sposób, co czasami powoduje psychiatryczne i fizyczne skutki uboczne.
W obrębie ośrodkowego układu nerwowego szlak mezolimbiczny biegnie od brzusznej nakrywki śródmózgowia przez układ limbiczny płata skroniowego — hipokamp, ciało migdałowate i jądro półleżące. Ta ostatnia struktura jest odpowiedzialna za uwalnianie dopaminy, która sygnalizuje przyjemność lub nagrodę wielu regionom mózgu. Neuroprzekaźniki, takie jak GABA i glutaminian, również hamują działanie szlaku, ale na jego podstawowe funkcje wpływają neurony reagujące na dopaminę. U gryzoni zniszczenie układu mezolimbicznego skutkuje utratą uzależniających głodów, motywacji i zwiększonym letargiem.
System nagrody w mózgu moduluje zachowanie poprzez przyjemność, działając w parze z podobnym obwodem strachu i niechęci, który zapewnia negatywną informację zwrotną w nieprzyjemnych sytuacjach. Kiedy doświadczany jest przyjemny bodziec, aktywowany jest szlak mezolimbiczny, powodując, że jądro półleżące uwalnia dopaminę. Aktywowane są również obwody emocjonalne i uczenia się, łącząc bodziec z zaangażowanymi pozytywnymi uczuciami. Główne leki, a nawet przyjemne czynności kształtujące nawyki, powodują wzrost aktywności mezolimbicznej. Z biegiem czasu mózg staje się odczulony, a większe ilości neuroprzekaźnika muszą zostać uwolnione, aby zapewnić takie samo doświadczanie przyjemności.
Niektórzy naukowcy twierdzą, że schizofrenia wywodzi się z zaburzenia szlaku mezokortykalnego i mezolimbicznego. Nazywana hipotezą dopaminy, jest to kontrowersyjna debata w psychofarmakologii. Zwolennicy wskazują, że wiele leków przeciwpsychotycznych stosowanych w psychiatrii blokuje wiązanie dopaminy z jej receptorami neuronalnymi i zwracają uwagę na podobne do schizofrenii skutki uboczne leków stosowanych w celu wzmocnienia szlaków dopaminergicznych w leczeniu choroby Parkinsona. Krytycy podnoszą dowody na to, że niektóre leki łagodzą psychozę bez wyraźnego mechanizmu i że obniżenie poziomu dopaminy nie poprawia natychmiast objawów. Twierdzą również, że poszczególne mózgi mogą zostać zmienione przez stres lub inne warunki środowiskowe.
W odpowiedzi na niektóre leki psychiatryczne może wystąpić regulacja w górę lub zwiększona wrażliwość szlaku mezolimbicznego. Niektórzy pacjenci doświadczają stosunkowo rzadkiego nasilenia objawów psychicznych, co skutkuje nasileniem psychozy. Nazywany późną dysfrenią, problem może objawiać się po przyjęciu przez pacjentów pewnych leków przeciwpsychotycznych działających na szlak mezolimbiczny, zwykle poprzez blokowanie receptorów. Ponieważ dopamina jest również ważna dla kontroli nigrostriatalnego szlaku motorycznego, leki przeciwpsychotyczne mogą wpływać na funkcję nerwowo-mięśniową, blokując ten obwód, powodując spastyczne mimowolne ruchy charakteryzujące późną dyskinezę.