O sistema neurotransmissor mais envolvido no TDAH é o dopaminérgico. Haveria uma disfunção dopaminérgica no CPF, prejudicando a regulação e controle inibitório de impulsos, bem como as funções atencionais a cargo do CPF.
Déficts no sistema noradrenérgico no locus ceruleus também parecem envolvidos.
Do ponto de vista neuroanatômico, há redução do volume e metabolismo no CPF, cíngulo anterior, tálamo, caudado, globo pálido e cerebelo
Do ponto de vista eletrofisiológico, há um aumento da atividade teta e, em crianças com a forma combinada de TDAH, aumento da atividade beta.