Skutki PTSD na mózg wydają się sugerować, że istnieje biologiczna podstawa objawów tego zaburzenia. Naukowcy uważają, że doświadczenie skrajnego urazu psychicznego może spowodować fizyczne zmiany w mózgu. Możliwe jednak, że nieodłączne różnice w budowie i funkcjonowaniu mózgu sprawiają, że niektórzy ludzie są podatni na PTSD. Wpływ PTSD na mózg występuje głównie w ciele migdałowatym, części mózgu, która pomaga kontrolować emocje. W wyniku traumatycznych doświadczeń może dojść do uszkodzenia hipokampu, płata przedczołowego i kory przedczołowej, a niektórzy eksperci uważają, że wpływ PTSD na mózg obejmuje zmiany w sposobie wykorzystywania przez mózg niektórych neuroprzekaźników, takich jak dopamina, serotonina i noradrenalina.
Jeden z głównych skutków PTSD na mózg można znaleźć w ciele migdałowatym. Ciało migdałowate, wraz z korą przedczołową, jest zazwyczaj odpowiedzialne za pomoc w kontrolowaniu emocji. U niektórych osób cierpiących na PTSD ciało migdałowate faktycznie powiększa się, co może wskazywać na nadmierną reakcję emocjonalną mózgu. Zmiany w sposobie, w jaki mózg wykorzystuje neuroprzekaźniki po doznaniu traumy, mogą powodować osłabienie funkcji kory przedczołowej, która zwykle pomaga również kontrolować emocje, zwłaszcza lękowe. Eksperci uważają, że zmiany pourazowe w funkcji kory przedczołowej mogą wystąpić z powodu zwiększonego poziomu neuroprzekaźnika dopaminy, którą mózg zazwyczaj wydala, gdy potrzebny jest wysoki poziom czujności i ostrożności.
Wielu cierpiących na zespół stresu pourazowego doświadcza odrętwienia emocjonalnego po wystąpieniu objawów. Eksperci uważają, że może to wynikać ze zwiększonego poziomu neuroprzekaźników odpowiedzialnych za łagodzenie bólu. Skutki PTSD na mózg mogą również obejmować zmniejszoną zdolność do wykorzystywania neuroprzekaźnika serotoniny, który jest ogólnie odpowiedzialny za dobre samopoczucie. To może wyjaśniać, dlaczego depresyjne uczucia często towarzyszą PTSD.
Hipokamp, który jest zwykle odpowiedzialny za przetwarzanie i przechowywanie wspomnień, może również ulegać zmianom z powodu wpływu PTSD na mózg. Eksperci odkryli, że wiele osób z objawami PTSD ma hipokamp mniejszy niż normalny. Jedna z teorii mówi, że hipokamp może w rzeczywistości zmniejszyć się podczas stresujących wydarzeń, z powodu uszkodzeń spowodowanych przez hormon stresu, kortyzol. Inna teoria mówi, że osoba, u której rozwinął się zespół stresu pourazowego, mogła na początku posiadać niezwykle mały hipokamp.
Osoby z zespołem stresu pourazowego często mają problemy ze zbieraniem myśli i wyrażaniem siebie. Skutki PTSD na mózg mogą obejmować uszkodzenie płata przedczołowego, obszaru mózgu, który zazwyczaj reguluje mowę i wyrażanie siebie. Podwyższony poziom noradrenaliny w mózgu może wyjaśniać występowanie intensywnych, fizycznych reakcji zaskoczenia u osób cierpiących na PTSD, ponieważ ten neuroprzekaźnik zazwyczaj indukuje reakcje typu „walcz lub uciekaj” w sytuacjach stresowych.