Wykazano, że neuroprzekaźniki i ADHD są ze sobą powiązane, ponieważ większość dzieci, u których zdiagnozowano zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi, ma objawy kliniczne zaburzenia równowagi i dysfunkcji neuroprzekaźników. Pewne powszechne neuroprzekaźniki i ADHD są powiązane, ponieważ przypuszcza się, że anomalie w mechanizmach produkcji, transportu i wychwytu zwrotnego neuroprzekaźników są obecne i czasami są łatwo widoczne w obrazowaniu mózgu pacjentów z ADHD. Neuroprzekaźniki dopamina, noradrenalina i serotonina są najlepiej zbadanymi i najczęściej celowanymi w leczeniu ADHD. Na przykład uważa się, że niski poziom dopaminy jest przyczyną wielu pierwotnych objawów choroby i jest leczony lekami typu pobudzającego, które pomagają organizmowi w bardziej wydajnym wytwarzaniu, transporcie i metabolizowaniu neuroprzekaźnika. Norepinefryna i serotonina są nowszymi dodatkami w hipotetycznej etiologii ADHD; W leczeniu stosuje się również leki skierowane na te neuroprzekaźniki.
Ponadto neuroprzekaźniki i ADHD są powiązane, ponieważ pewne mutacje genów neuroprzekaźników mogą odpowiadać za podzbiory obserwowane w diagnozie ADHD. Badania sugerują, że pacjenci z przeważnie nieuważną postacią choroby mają anomalie w genie transportera norepinefryny, podczas gdy ci, którzy mają bardziej nadpobudliwe objawy, mają anomalie w genie transportu dopaminy. Vanderbilt University Research Center donosi, że nieprawidłowości mogą występować również w mózgu systemu transportu choliny, który odgrywa znaczącą rolę w komunikacji neuronalnej, mając działanie porównywalne zarówno z dopaminą, jak i norepinefryną. Badania te pokazują, że na horyzoncie mogą pojawić się nowsze, bardziej ukierunkowane leki na ADHD. Testy genetyczne mogą stać się nieocenionym narzędziem w określaniu, który lek należy przyjąć jako pierwszy; zaleta, która jest szczególnie doceniana, gdy małym dzieciom przepisuje się silne leki psychoaktywne.
Związek między neuroprzekaźnikami a ADHD został dalej zbadany przez naukowców z Duke University. Naukowcy doszli do wniosku, że Ritalin, lek często stosowany jako pierwsza linia obrony w leczeniu ADHD, działa głęboko na miejsca receptorów serotoniny oprócz miejsc receptorów dopaminy. Dalsze testy dowiodły, że leczenie niektórymi środkami serotogennymi, takimi jak selektywne inhibitory wychwytu zwrotnego serotoniny (SSRIS), może pomóc w zmniejszeniu nadpobudliwości u niektórych pacjentów. Ponadto niski poziom serotoniny wiąże się z agresywnością i pobudzeniem, które są objawami w niektórych przypadkach ADHD. Serotonina jest pośredniczona przez 15 oddzielnych receptorów w mózgu, co sprawia, że ukierunkowane leczenie serotogenne jest wyzwaniem.
Inne neuroprzekaźniki i ADHD wykazują oznaki, że mogą być skorelowane. Fenyloetyloamina (PEA), zidentyfikowana jako neuroprzekaźnik w 2001 roku, zwiększa aktywność i czujność mózgu. Z tego powodu naukowcy uważają, że PEA ma związek z niektórymi przypadkami ADHD. Ponadto dopamina i PEA są ściśle powiązane pod względem budowy chemicznej, co nadaje hipotezie większą wiarygodność.