Psikopatoloji araştırmalarında biyokimyasal açıklamalar, yalnızca tanımlayıcı düzeyde kalmayıp nedensellik zincirlerini çözmeye çalışmaktadır. Nörotransmitter dengesizliği psikopatoloji ilişkisi, bu çabanın merkezinde yer alır. Serotonin (5-hidroksitriptamin), temel olarak rafe çekirdeklerinden sentezlenir ve limbik sistem ile prefrontal korteks arasındaki projeksiyonlar aracılığıyla duygu düzenleme, uyku-uyanıklık döngüsü ve iştah kontrolüne katkıda bulunur. Serotonerjik iletimin yetersizliği majör depresif bozuklukta tutarlı bir bulgu olmakla birlikte, mekanizma tek yönlü değildir. Geri alım inhibisyonu tedavide etkin olsa da yanıt oranlarının %50-60 düzeyinde kalması, serotonin hipotezinin yetersiz açıklama gücünü ortaya koymaktadır. Güncel araştırmalar, inflamatuvar yolakların serotonin sentezinde görev alan triptofan hidroksilaz enzimini baskıladığını, dolayısıyla nöroinflasyonun serotonerjik eksikliğe katkıda bulunduğunu göstermektedir. Dopaminerjik sistem, mezolimbik ve mezokortikál olmak üzere iki temel yolak üzerinden psikopatolojiye eklemlenir. Mezokortikal yolaktaki D1 reseptör hipofonsiyonu şizofreni hastalarında prefrontal hipofrontaliteyle ilişkilendirilirken, mezolimbik yolaktaki aşırı dopaminerjik aktivite pozitif psikotik belirtilerle korelasyon göstermektedir. Bu çift-yolak hipotezi, antipsikotiklerin D2 reseptör blokajı üzerinden etki etmesinin negatif belirtileri neden tam baskılayamadığını açıklar. Aynı zamanda madde bağımlılığında ödül tahmin hatası sinyaline aşırı duyarlılık, kompulsif kullanımın nörobilimsel alt yapısını oluşturur. Noradrenalin (norepinefrin), locus coeruleus'tan geniş kortikál ve subkortikal alanlara dağılır. Stres yanıtlarında hipotalamo-hipofiz-adrenal (HPA) ekseniyle birlikte çalışan noradrenerjik sistem, anksiyete bozukluklarında ve travma sonrası koşullanmada belirleyici bir rol üstlenir. Travma sonrası stres bozukluğunda locus coeruleus hiperreaktivitesi, hem sempatik aşırı uyarılmayı hem de korkuyla ilgili anıların konsolidasyonunu pekiştirir. Prazosin gibi alfa-1 antagonistlerinin TSSB kabusu tedavisinde kullanılması, noradrenerjik hedeflemenin klinik karşılığını doğrudan göstermektedir. Nörotransmitter sistemleri yalnızca birbirinden bağımsız değil, karmaşık çapraz düzenleyici döngüler içinde çalışır. Serotonerjik nöronların dopaminerjik hücre gövdelerindeki 5-HT2A reseptörleri aracılığıyla dopamin salınımını inhibe etmesi, ikinci kuşak antipsikotiklerin tasarımında serotonin antagonizminin dahil edilmesinin temelini oluşturur. Bu etkileşim ağı, psikopatolojide "tek transmitter, tek bozukluk" anlayışının neden artık kabul görmediğini de açıklar. Klinik değerlendirme açısından bu bilginin pratik karşılığı şudur: Nörotransmitter dengesizliği psikopatoloji hipotezleri, tanı kategorilerini nörobilimsel biyobelirteçlerle bütünleştirme çabasının önemli bir adımıdır. Ancak beyin görüntüleme ve farmakogenetik veriler olmadan yalnızca biyokimyasal profile dayanan tanı ve tedavi kararları, klinik tablonun karmaşıklığını yansıtmaktan uzak kalacaktır.