Pokazalo se da su neurotransmiteri i ADHD povezani jer većina djece s dijagnozom poremećaja pažnje i hiperaktivnosti ima kliničke simptome neravnoteže i disfunkcije neurotransmitera. Određeni uobičajeni neurotransmiteri i ADHD povezani su po tome što se pretpostavlja da su anomalije unutar mehanizama proizvodnje, transporta i ponovnog preuzimanja neurotransmitera prisutne i ponekad su lako vidljive u slikama mozga pacijenata s ADHD-om. Neurotransmiteri dopamin, norepinefrin i serotonin su najbolje istraženi i najčešće ciljani u liječenju ADHD-a. Nizak dopamin, na primjer, smatra se uzrokom mnogih primarnih simptoma poremećaja i liječi se lijekovima tipa stimulansa koji pomažu tijelu da proizvodi, transportira i metabolizira neurotransmiter učinkovitije. Norepinefrin i serotonin su noviji dodaci u pretpostavljenoj etiologiji ADHD-a; lijekovi koji ciljaju te neurotransmitere također se koriste u liječenju.
Osim toga, neurotransmiteri i ADHD povezani su po tome što određene mutacije gena neurotransmitera mogu predstavljati podskupine koje se vide u dijagnozi ADHD-a. Istraživanja sugeriraju da pacijenti s pretežno nepažljivim oblikom poremećaja imaju anomalije na genu za prijenos norepinefrina, dok oni koji imaju više hiperaktivnih simptoma imaju abnormalnosti na genu za prijenos dopamina. Istraživački centar Sveučilišta Vanderbilt izvještava da abnormalnosti mogu biti prisutne i u moždanom transportnom sustavu kolina, koji igra značajnu ulogu u neuronskoj komunikaciji, a djelovanje je usporedivo s dopaminom i norepinefrinom. Ovo istraživanje pokazuje da noviji, ciljaniji lijekovi za ADHD mogu biti na horizontu. Genetsko testiranje može postati neprocjenjiv alat u određivanju koji pristup lijekovima treba poduzeti prvi; prednost koja se posebno cijeni kada se maloj djeci propisuju snažni psihoaktivni lijekovi.
Odnos između neurotransmitera i ADHD-a dodatno su ispitali istraživači sa Sveučilišta Duke. Istraživači su zaključili da Ritalin, lijek koji se često koristi kao prva linija obrane u liječenju ADHD-a, djeluje duboko na mjesta receptora serotonina uz mjesta receptora dopamina. Daljnja ispitivanja su pokazala da liječenje određenim serotogenim agensima, poput selektivnih inhibitora ponovne pohrane serotonina (SSRIS), može pomoći u smanjenju hiperaktivnosti kod nekih pacijenata. Osim toga, niska razina serotonina povezana je s agresivnošću i agitacijom, oba simptoma u nekim slučajevima ADHD-a. Međutim, serotonin je posredovan s 15 odvojenih receptora u mozgu, što ciljano serotogeno liječenje čini izazovom.
Drugi neurotransmiteri i ADHD pokazuju znakove da bi mogli biti povezani. Feniletlamin (PEA), identificiran kao neurotransmiter 2001., povećava aktivnost i budnost u mozgu. Iz tog razloga, istraživači smatraju da je PEA upleten u neke slučajeve ADHD-a. Osim toga, dopamin i PEA usko su povezani u kemijskoj strukturi, što daje veću vjerodostojnost hipotezi.