Οι εγκέφαλοι παιδιών και ενηλίκων με διαταραχή ελλειμματικής προσοχής υπερκινητικότητας (ADHD) φαίνεται να λειτουργούν κάπως διαφορετικά από τους άλλους ανθρώπους και αυτές οι διαφορές στον εγκέφαλο ΔΕΠΥ συνήθως προκαλούν τα συμπτώματα της διαταραχής. Η έρευνα συνεχίζεται σε αυτό το θέμα, και έτσι γίνονται συχνά νέες ανακαλύψεις σχετικά με το πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος και πώς η ΔΕΠΥ παράγεται από τον εγκέφαλο. Γενικά, ωστόσο, έχει παρατηρηθεί ότι τα άτομα με ΔΕΠΥ έχουν τυπικά ασυνήθιστες ποσότητες ορισμένων χημικών ουσιών και νευροδιαβιβαστών στον εγκέφαλο. Ο εγκέφαλος ΔΕΠΥ φαίνεται επίσης να λειτουργεί διαφορετικά σε μερικές βασικές περιοχές, οι οποίες συνεργάζονται για να παράγουν τις διάφορες πτυχές της ΔΕΠΥ.
Τα άτομα με ΔΕΠΥ έχουν συνήθως δυσκολία συγκέντρωσης, επιδεικνύουν ανεπαρκή έλεγχο των παρορμήσεων και μπορεί εύκολα να αποσπαστούν από μια εργασία από άλλες ιδέες ή εργασίες. Για χρόνια, η έρευνα έχει επικεντρωθεί στον ρόλο της ντοπαμίνης και της σχετικής χημείας του εγκεφάλου ως συμβάλλοντος στις διαδικασίες του εγκεφάλου ΔΕΠΥ. Το Ritalin, ένα από τα κύρια φάρμακα που χρησιμοποιούνται συχνά για τη θεραπεία της ΔΕΠΥ, αλλάζει συνήθως τον τρόπο με τον οποίο παράγεται και χρησιμοποιείται η ντοπαμίνη στον εγκέφαλο. Πιο πρόσφατη έρευνα, ωστόσο, έχει δείξει ότι μια σειρά από διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου φαίνεται να συνεργάζονται για να παράγουν τα κοινά συμπτώματα της ΔΕΠΥ.
Τέσσερις κύριες περιοχές πιθανής εγκεφαλικής δραστηριότητας ΔΕΠΥ είναι ο μετωπιαίος λοβός, ο εγκεφαλικός φλοιός, το μεταιχμιακό σύστημα και το δικτυωτό σύστημα ενεργοποίησης εντός του εγκεφάλου. Ο μετωπιαίος λοβός, για παράδειγμα, είναι το μέρος όπου έχει διεξαχθεί μεγάλο μέρος της έρευνας για νευροδιαβιβαστές και νευρολογικές χημικές ουσίες. Εδώ παράγονται χημικές ουσίες όπως η ντοπαμίνη και το γλουταμικό και χρησιμοποιούνται από τον εγκέφαλο. Στον εγκέφαλο της ΔΕΠΥ, φαίνεται ότι αυτές οι χημικές ουσίες παράγονται είτε σε περίσσεια είτε σε ανεπαρκείς ποσότητες για να λειτουργήσουν σωστά. Αυτές οι αλλαγές στη χημεία του εγκεφάλου θα μπορούσαν να προκαλέσουν επιδράσεις όπως αδυναμία συγκέντρωσης ή σωστής αναστολής ενεργειών.
Ο φλοιός του εγκεφάλου εμπλέκεται επίσης σε μεγάλο βαθμό με τις ανασταλτικές δραστηριότητες του εγκεφάλου. Στον εγκέφαλο της ΔΕΠΥ, ο φλοιός δεν φαίνεται να αναστέλλει σωστά άλλες περιοχές του εγκεφάλου, με αποτέλεσμα όσοι πάσχουν από ΔΕΠ-Υ να έχουν συχνά ακατάλληλες εκρήξεις ή να μιλούν χωρίς πρώτα να σκεφτούν τι πρόκειται να ειπωθούν. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ενοχλητική συμπεριφορά σε μια τάξη ή επαγγελματική συνάντηση και άλλες αρνητικές συνέπειες.
Αυτά τα ξεσπάσματα μπορεί επίσης να επηρεαστούν από το μεταιχμιακό σύστημα του εγκεφάλου, το οποίο ελέγχει τα συναισθήματα. Ο εγκέφαλος ΔΕΠΥ δεν φαίνεται να ελέγχεται σωστά από το μεταιχμιακό σύστημα, και έτσι τα άτομα με ΔΕΠΥ μπορεί να έχουν άγριες εναλλαγές της διάθεσης ή να μην μπορούν να ελέγξουν τις συναισθηματικές εκρήξεις. Καθώς αυτά τα διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου συνεργάζονται, τα διάφορα συμπτώματα της ΔΕΠΥ εκδηλώνονται όχι λόγω ενός μόνο συστήματος, αλλά μέσω μιας συνδυασμένης προσπάθειας πολλαπλών τμημάτων του εγκεφάλου.
Το δικτυωτό σύστημα ενεργοποίησης στον εγκέφαλο ΔΕΠΥ φαίνεται επίσης να είναι διαφορετικό από έναν «κανονικό» εγκέφαλο. Αυτό το τμήμα του εγκεφάλου φαίνεται να ελέγχει μέρος της εστίασης και της συγκέντρωσης του μετωπιαίου λοβού, καθώς και την κινητική δραστηριότητα για ένα άτομο. Οι ασυνήθιστες λειτουργίες σε αυτόν τον τομέα μπορεί να ευθύνονται για κάποια από την αδυναμία ενός ατόμου με ΔΕΠ-Υ να συγκεντρωθεί σε μια δεδομένη εργασία και για την τάση των ατόμων με ΔΕΠΥ να είναι υπερκινητικά ή να δυσκολεύονται να καθίσουν ακίνητα.