Odnos između sertralina i dopamina leži u jedinstvenom djelovanju koje selektivni inhibitor ponovne pohrane serotonina (SSRI) ima na put dopamina. Sertralin posjeduje sposobnost djelomične blokade pumpi za ponovnu pohranu dopamina. Kada se dopaminske pumpe blokiraju, više dopamina ostaje da cirkulira u sinaptičkom pukotinu, što dovodi do povećane neurotransmisije i djelovanja. Ove dvije supstance se u psihijatriji često smatraju zajedno jer je sertralin jedini poznati SSRI koji ima značajan utjecaj na put dopamina. Smatra se da ova dodatna sposobnost interakcije s dopaminom objašnjava učinkovitost lijeka i jedinstveni učinak na depresiju i druge mentalne bolesti.
Putovi sertralina i dopamina križaju se u brojnim različitim područjima mozga, što pokreće uobičajene motivacijske i energetske učinke lijeka na pacijenta. Dok se receptori za serotonin, ciljni neurotransmiter za većinu antidepresivnih lijekova, nalaze u izobilju u cijelom mozgu, većina dopaminskih receptora nalazi se u određenim područjima blizu moždanog debla. Jedno područje u kojem se nalaze receptori je mezolimbički put, za koji se zna da je značajno važan za doživljaj užitka, radosti i nagrade te za adekvatnu motivaciju za obavljanje svakodnevnih aktivnosti. Smatra se da djelovanje dopamina potaknuto sertralinom u ovom području pridonosi njegovom pozitivnom učinku na depresiju, anksioznost i mnoge povezane poremećaje. Specifičnost dopamin aktivnih područja mozga dovela je do proučavanja afiniteta sertralina i dopamina od strane onih koji su projektirali novu klasu antidepresiva.
Putevi sertralina i dopamina također se križaju u području koje se naziva nigrostriatalni put. Ovdje povećanje dopamina u sinaptičkom pukotinu može pomoći pacijentu da planira učinkovitije, smanjujući anksioznost, a povećana aktivnost dopamina povećava spoznaju, što može dovesti do toga da pacijent doživi veći osjećaj ispunjenosti i interesa za životne aktivnosti. Interakcija između ove dvije tvari također se vidi u talamusu, području koje je važno za prijenos informacija kroz cijelo tijelo. U svjetlu ovog istraživanja, kliničarima je postalo lakše razumjeti ulogu koju disregulacija dopamina igra u mentalnim bolestima poput shizofrenije i poremećaja pažnje, bolesti kod kojih je neometani prijenos informacija inhibiran.
Anhedonija, ozbiljan simptom depresije koju karakterizira apsolutna nesposobnost osjećaja zadovoljstva, može se u nekim slučajevima ublažiti lijekovima koji povećavaju dostupnost dopamina. Dobro istražena veza između sertralina i dopamina dovela je do uspjeha u korištenju SSRI-a za off-label primjene, poput liječenja generaliziranog anksioznog poremećaja (GAD). Veza sertralina i dopamina navela je mnoge kliničare na tom području da prepoznaju vjerojatnost da serotonin nije isključivo odgovoran za bolesti poput velike depresije i bipolarnog poremećaja.