تشمل الآليات الفسيولوجية للإدمان على المخدرات عدة عمليات كيميائية وعصبية في الجهاز العصبي المركزي والجهاز العصبي الودي، ومن أهم هذه العمليات:
1- زيادة نشاط مستقبلات الدوبامين في الدماغ، الذي يؤدي إلى الشعور بالمتعة والإرتياح والتحفيز النفسي.
2- زيادة إفراز الأدرينالين والنورأدرينالين، وهما هرمونان يزيدان من حالة الإنذار والقلق والتوتر والتحفيز العصبي.
3- تحفيز نشاط الحافة البنائية في الدماغ، الذي يقوم بتعزيز الإدمان على المخدرات، ويجعل الإنسان يشعر بالرغبة الملحة في تناولها.
4- تغيير في نظام الحوافز في الدماغ، حيث يستجيب الدماغ للمخدرات كما يستجيب للأطعمة اللذيذة أو النشاطات الممتعة الأخرى، مما يؤدي إلى حدوث نقص واضح في الشعور بالمتعة الطبيعية.
تؤدي هذه الآليات إلى إدمان المخدرات وتعتبر مسؤولة عن الإدمان المعروف بالإدمان الفسيولوجي، والذي يتميز بظهور علامات الأعراض الانسحابية عند الإقلاع عن تعاطي المخدرات.