S-a demonstrat că neurotransmițătorii și ADHD sunt legați deoarece majoritatea copiilor diagnosticați cu tulburare de hiperactivitate cu deficit de atenție prezintă simptome clinice de dezechilibru și disfuncție a neurotransmițătorilor. Anumiți neurotransmițători obișnuiți și ADHD sunt legați prin faptul că anomaliile din mecanismele neurotransmițătorului de producție, transport și recaptare sunt prezenți și sunt uneori ușor evidente în imagistica cerebrală a pacienților cu ADHD. Neurotransmițătorii dopamină, norepinefrină și serotonina sunt cei mai bine cercetați și cel mai frecvent vizați în tratamentul ADHD. Dopamina scăzută, de exemplu, este considerată a fi cauza multor simptome primare ale tulburării și este tratată cu medicamente de tip stimulent care ajută organismul să producă, să transporte și să metabolizeze neurotransmițătorul mai eficient. Noradrenalina și serotonina sunt adăugări mai noi în etiologia ipotetică a ADHD; medicamentele care vizează acești neurotransmițători sunt utilizate și în tratament.
În plus, neurotransmițătorii și ADHD sunt legați prin faptul că anumite mutații ale genei neurotransmițătorilor pot explica subseturile observate într-un diagnostic de ADHD. Cercetările sugerează că pacienții cu o formă predominant neatentă a tulburării au anomalii ale genei transportoare de norepinefrină, în timp ce cei care au simptome mai hiperactive au anomalii ale genei de transport al dopaminei. Centrul de Cercetare al Universității Vanderbilt raportează că anomaliile pot fi prezente și în sistemul de transport al colinei din creier, care joacă un rol semnificativ în comunicarea neuronală, având o acțiune comparabilă atât cu dopamina, cât și cu norepinefrina. Această cercetare arată că medicamentele ADHD mai noi și mai direcționate pot fi la orizont. Testarea genetică poate deveni un instrument de neprețuit pentru a determina care abordare a medicamentelor trebuie luată prima; un avantaj care este deosebit de apreciat atunci când copiilor mici li se prescriu medicamente psihoactive puternice.
Relația dintre neurotransmițători și ADHD a fost examinată în continuare de cercetătorii de la Universitatea Duke. Cercetătorii au ajuns la concluzia că Ritalin, un medicament folosit adesea ca primă linie de apărare în tratamentul ADHD, acționează profund asupra receptorilor de serotonină, în plus față de situsurile receptorilor de dopamină. Teste ulterioare au demonstrat că tratamentul cu anumiți agenți serotogeni, cum ar fi inhibitorii selectivi ai recaptării serotoninei (SSRIS), poate ajuta la reducerea hiperactivității la unii pacienți. In plus, nivelurile scazute de serotonina sunt asociate cu agresivitate si agitatie, ambele simptome in unele cazuri de ADHD. Cu toate acestea, serotonina este mediată de 15 receptori separați din creier, ceea ce face ca tratamentul serotogen țintit să fie o provocare.
Alți neurotransmițători și ADHD prezintă semne că ar putea fi corelați. Feniletlemina (PEA), identificată ca neurotransmițător în 2001, crește activitatea și vigilența creierului. Din acest motiv, cercetătorii consideră PEA ca fiind implicată în unele cazuri de ADHD. În plus, dopamina și PEA sunt strâns legate în structura chimică, dând mai multă credibilitate ipotezei.