Tutunul din țigări conține compuși despre care se știe că provoacă modificări funcționale și structurale ale creierului, făcând dependență de fumat. Când cineva fumează, chimia creierului este modificată fundamental, iar fumatul devine obișnuință formată prin sesiuni repetate, pe măsură ce creierul se adaptează la schimbările din chimia sa. Renunțarea la fumat poate fi o provocare din cauza faptului că organismul dezvoltă o dependență de substanțele chimice din tutun și pacientul experimentează simptome de sevraj pe măsură ce creierul încearcă să se reajusteze.
Nicotina, un compus care se găsește în tutun care imită acțiunile neurotransmițătorului acetilcolinei din organism, este elementul cheie care face ca fumatul să creeze dependență. Când nicotina intră în creier, se leagă de receptorii de acetilcolină și oamenii experimentează o cascadă de răspunsuri neurologice, inclusiv vigilență și concentrare crescute. De-a lungul timpului, fumatul regulat face creierul să creadă că nivelurile de acetilcolină sunt neobișnuit de ridicate și, ca răspuns, crește mai mulți receptori pentru acest neurotransmițător.
Numărul crescut de receptori scade sensibilitatea la acetilcolină și nicotină, deoarece este nevoie de mai mult pentru a obține același răspuns. Acest lucru poate stimula oamenii să fumeze mai mult, determinând astfel creierul să reacționeze făcând mai mulți receptori și creând un ciclu nesfârșit, explicând ceea ce face ca fumatul să creeze dependență. Când oamenii nu mai fumează, au un număr crescut de receptori pentru acetilcolină, dar acești receptori nu sunt stimulați. Pacientul experimentează retragerea pe măsură ce creierul face față nivelului normal de acetilcolină din organism.
Neurologii au studiat pe larg impactul fumatului asupra creierului pentru a afla mai multe despre ceea ce face ca fumatul să creeze dependență și despre modul în care fumatul modifică funcția și structura creierului pe termen lung. Unele dintre aceste studii au fost suprimate de companiile de tutun preocupate de impactul asupra vânzărilor pe care l-ar putea avea dezvăluirile privind efectele asupra sănătății, inclusiv dependența. Când au fost lansate în sfârșit studii care informau publicul că fumatul creează dependență, răspunsul publicului a fost exploziv în unele regiuni ale lumii.
Fumatul nu numai că dă dependență, ci pare să fie și una dintre substanțele mai puternice care creează dependență folosite de ființele umane. Persoanele care au experimentat dependență de mai multe substanțe au remarcat că produsele din tutun sunt printre cele mai greu de renunțat. Deoarece fumatul creează dependență și este greu de oprit, multe programe de informare publică se concentrează în primul rând pe prevenirea ca oamenii să adopte obiceiuri de fumat, cu scopul de a reduce incidența bolilor legate de fumat în populație. Există legături clare între fumat și o serie de complicații medicale grave, inclusiv cancere și boli cardiovasculare.